Высокоточный 3D-принтер металлов

Теперь металлические детали могут печататься на 3D-принтере с гораздо более высокой точностью, чем раньше. Достигнутый уровень контроля за структурой и свойствами изготавливаемого изделия не имеет аналогов среди обычных производственных процессов.

3D-печать может совершить революцию в производстве, поскольку позволяет изготавливать изделия на заказ с высокой точностью по низким ценам. Такие материалы как металлы, продукты питания, пластмассы, керамика и даже ткани человека начинают печататься этим способом. 3D печатные металлические изделия находят применение в аэрокосмической, автотранспортной и энергетической отраслях, в биомедицинских устройствах и имплантатах, в робототехнике.

Райан Дэхофф из Национальной лаборатории Oak Ridge, США, и его коллеги, работают над совершенствованием производства напечатанных изделий из Inconel 718, аустенитного жаропрочного сплава на основе никеля и хрома со сложной микроструктурой. Этот сплав традиционно используется в авиационных двигателях, газовых турбинах, энергетических системах и других приложениях с высокой температурой.

Команда работала с коммерчески доступной электронно-лучевой плавкой, использующей электронный пучок для последовательного сваривания слоев металлического порошка в продукт 3D. Контролируя в процессе печати параметры нагрева, команда обнаружила, что существует возможность контроля процесса отвердевания на миллиметровом уровне во всем 3D-продукте. Это в свою очередь означает, что можно очень точно регулировать по всему объему компонента ориентацию металлических зерен и микроструктуру материала. Это является важным, поскольку микроструктура материала играет определяющую роль в его физико-механических свойствах.

Исследователи продемонстрировали, что используемая температура, ее градиент по объему сплава, а также скорость затвердевания играют важную роль в микроструктуре конечного продукта. Подбор этих параметров позволил исследователям изготавливать микроструктуры с уровнем контроля процесса невозможным в традиционном производстве.

Исследователи считают свою работу потенциально самым важным событием в 3D-печати металлов с начала ее использования. Теперь возможно контролировать локальные свойства материалов, что поможет делать более прочные и легкие детали.