Page 50 - Inżynieria & Utrzymanie Ruchu III kwartał 20123

Raport: druk 3d dla przemysłu
Stopy drukowane w 3D tworzą
nanostruktury
Naukowcy po raz pierwszy stworzyli drukowane w 3D, nanostrukturalne stopy o wysokiej wykazują zarówno wysoką wytrzymałość, jak i plastyczność.
entropii, któreT
SPOSTRZEŻENIA
echniki wytwarzania addytywnego wykorzysty- wane do produkcji stopów metali zyskały popular- ność ze względu na ich zdolność do wytwarzania złożonych kształtów do wykorzystania w różnych zastosowaniach inżynieryjnych. Jednak większość
przeprowadzonych badań koncentrowała się na opracowywa- niu materiałów jednofazowych.
Zespół dr Kelvina Xie z Wydziału Materiałoznawstwa i Inżynierii Materiałowej na Texas A&M University zastoso- wał zaawansowane techniki charakteryzacji, aby ujawnić mi- krostrukturę wydrukowanych w 3D dwufazowych elementów wieloskładnikowych, znanych również jako stopy o wysokiej entropii (HEA), które wykazują ultra-wytrzymałe i plastyczne właściwości. Praca ta powstała we współpracy z dr Wen Chen z University of Massachusetts w Amherst i dr Ting Zhu z Geo- rgia Institute of Technology.
HEA opisany w tym badaniu został wytworzony za po- mocą laserowej fuzji w złożu proszku (L-PBF) na Uniwersy- tecie Massachusetts w Amherst. L-PBF to proces ogrzewania i chłodzenia materiałów w bardzo szybkim tempie, co pozwa- la na tworzenie unikalnych mikrostruktur i dostosowywanie właściwości mechanicznych. Jednak naukowcy w dużej mie- rze skupili się na wykorzystaniu L-PBF do materiałów jedno- fazowych.
W tej pracy Xie i jego doktorant Dexin Zhao kierowali wysiłkami związanymi z charakteryzacją, aby zrozumieć dru- kowane w 3D dwufazowe eutektyczne HEA. Zamiast skła-
dać się z jednej fazy, dwufazowe HEA są warstwowe w samoorganizującej się strukturze w nanoskali.
"Stop eutektyczny jest podobny do lasagne" - powiedział Xie. "Najpierw mają Państwo arkusz makaronu, następ- nie sos, mięso i ser. Warstwy te powta- rzają się. W materiałach faza sześcienna skoncentrowana na powierzchni i faza sześcienna skoncentrowana na ciele są jak arkusze makaronu i nadzienie".
Interfejsy oddzielające te fazy są sil- nymi barierami, które zapewniają do- datkową wytrzymałość. Superszybkie tempo chłodzenia, które jest unikalne dla druku 3D L-PBF, stworzyło bardzo cienkie "arkusze makaronu" i "wypełnie-
Dzięki laserowej syntezie w złożu proszkowym, odkryty eutektyczny stop o wysokiej entropii może być wyko- rzystywany do tworzenia złożonych, nanowarstwowych struktur. Dzięki uprzejmości: Dr Kelvin Xie
nie". Tworzy to interfejsy o wyjątkowo wysokiej gęstości, które mają kluczowe znaczenie dla połączenia doskonałej wytrzy- małości i plastyczności.
Według Xie, jest to pierwszy raz, kiedy naukowcy osiągnę- li wydrukowany w 3D, nanostrukturalny HEA, który wykazu- je zarówno ultra-wytrzymałe, jak i plastyczne właściwości, co jest trudnym osiągnięciem w materiałoznawstwie ze względu na przeciwstawny charakter tych właściwości.
Oprócz korzystnych właściwości zycznych, w zastosowa- niach takich jak lotnictwo czy motoryzacja, materiał ten może potencjalnie obniżyć koszty energii.
"Wszędzie tam, gdzie zużywana jest energia, pojawiają się obawy" - powiedział Xie. "Na przykład, samochód przewożący pasażerów zużywa znacznie więcej energii, gdy sam się po- rusza, niż gdy przewozi pasażerów. Nasze odkrycia pokazują nowe możliwości projektowania materiałów, które ostatecznie mogą prowadzić do lekkich alternatyw dla wielu materiałów, których obecnie używamy w produkcji".
W przyszłości naukowcy mają nadzieję wykorzystać tę technologię do różnych zastosowań inżynieryjnych i produk- cji materiałów, które muszą być lekkie, a jednocześnie odporne na odkształcenia.
Oryginalną treść można znaleźć na stronie Texas A&M University Engineering.
n
Stopy metali
• Stopy metali mają zdolność do tworzenia złożonych kształtów, jednak badania te skupiły się
na opracowaniu materiałów dwufazowych, co doprowadziło do uzyskania właściwości o wysokiej wytrzymałości i plastyczności.
• Oprócz korzystnych właściwości fizycznych, w zastosowaniach takich jak lotnictwo czy motoryzacja, stopy te oferują potencjał obniżenia kosztów energii, ponieważ są lżejsze niż większość samochodów, z których są obecnie wykonane.
48 III kwartał 2023
INŻYNIERIA & UTRZYMANIE RUCHU – www.utrzymanieruchu.pl