За сверхпрочностью – опять к аддитивщикам!
Исследователи из (официальное название – Королевский Мельбурнский технологический институт, Австралия) напечатали на 3D-принтере титановую структуру, которая на 50% прочнее, чем самый прочный сплав с аналогичной плотностью, ранее разработанный для авиации. Высокопрочная конструкция представляет собой по сути «метаматериал», выполненный в виде достаточно крупных ячеистых структур, в котором изначально закладывались уникальные механические и многофункциональные свойства. Такой тип заполнения ответственных деталей был создан командой RMIT из широко применяемого в 3D-печати титанового сплава Ti-6Al-4V. Особенность решетки состоит в использовании в ячейках одновременно полых трубчатых элементов и плоских стенок, что обеспечивает её высокую прочность при минимальном весе – как раз то, что нужно для высоких требований авиастроителей. Создавая подобный «заполнитель», учёные оптимизировали его для возможности 3D-печати по технологии LB-PBF. В результате тестовые изделия из такого метаматериала показали более равномерно распределенную нагрузку и более высокую прочность при сравнении с типовыми для требовательной отрасли. «Мы разработали полую трубчатую решетчатую структуру, внутри которой проходят две тонкие стенки перпендикулярно друг другу. Эти два простых элемента в синергии позволяют обеспечить более высокую прочность и при этом очень малый вес, что сложно найти в природе», — объяснил соавтор исследования профессор Ма Цянь. «Эффективно объединяя две взаимодополняющие решетчатые структуры для равномерного распределения напряжения, мы избегаем слабых мест, где обычно концентрируется напряжение». Исследователи полагают, что этот новый «заполнитель» может быть востребован в самых разных областях, в том числе в производстве медицинских костных имплантатов, а также некоторых компонентов самолетов и ракет. Результаты исследований группы под названием «Титановые мультитопологические метаматериалы повышенной прочности» были опубликованы в журнале . Исследования подобных решёток давно проводятся учёными, однако до последнего времени не были найдена геометрия, способная конкурировать с механическими, термостойкими и коррозионностойкими свойствами магниевых сплавов при аналогичной плотности. И вот новые напечатанные структуры из титанового сплава преодолели существующие ограничения, и сравниваемые детали стали на 50% прочнее литого магниевого сплава WE54, самого прочного сплава аналогичной плотности, используемого в аэрокосмической промышленности! «По сравнению с самым прочным из доступных литых магниевых сплавов, используемых сегодня в производственных целях, когда требуются высокая прочность и легкость материала, наш титановый метаматериал с сопоставимой плотностью оказался намного прочнее. Он в меньшей степени подвержен деформациям при нагрузке. Более того, изготавливать детали из нашего метаматериала невероятно просто на любом LB-PBF принтере», — сообщил ведущий исследователь проекта, кандидат наук RMIT Джордан Норонья. Решётчатая структура, которую можно напечатать на 3D-принтере, не только сверхпрочная, но и обладает биосовместимостью, устойчивостью к коррозии и термостойкостью при температурах до 350°C. Заглядывая в будущее, команда RMIT планирует и дальше оптимизировать метаматериал, чтобы повысить его эффективность и исследовать возможности применения в средах с более высокими температурами. Исследователи полагают, что этот материал можно усовершенствовать для работы в температурах до 600°C, используя более жаропрочные титановые сплавы, идеально подходящие для производства, например, пожарных дронов. Норонья убежден в том, что по мере того, как технология LB-PBF становится более доступной, а скорость 3D-печати увеличивается с каждым годом, всё больше компаний будут стремиться внедрить разработанные его командой высокопрочные мультитопологические метаматериалы в свои детали. По Университета RMIT.
