Прорыв в 3D-печати: как создают легкие и прочные автомобильные детали будущего

Исследователи из Института исследования материалов и Центра создания новых отраслей промышленности Университета Тохоку совершили прорыв в технологии 3D-печати из нескольких материалов, продемонстрировав процесс создания легкой, но прочной автомобильной детали.

Процесс металлической 3D-печати подразумевает создание объектов путем послойного нанесения металлов с использованием тепла для их скрепления. Точность 3D-печати позволяет создавать уникальные, легко настраиваемые формы, при этом зачастую образуется меньше побочных продуктов, чем при традиционных методах производства.

С помощью 3D-печати также можно создавать «мультиматериальные структуры», которые стратегически сочетают различные материалы для достижения оптимальных характеристик компонента.

Например, стальные автомобильные детали можно сделать более легкими, соединив их с алюминиевыми. Благодаря этим преимуществам освоение таких технологий 3D-печати привлекает большое внимание исследователей.

Результаты исследования опубликованы в журнале Additive Manufacturing.

Однако описанная техника сопряжена с некоторыми трудностями.

Мультиматериалы являются актуальной темой в области аддитивного производства благодаря гибкости процесса, — объясняет доцент Кента Яманака (Университет Тохоку), — однако основная проблема практического применения заключается в том, что для некоторых комбинаций металлов, таких как сталь и алюминий, на границах раздела разнородных металлов могут образовываться хрупкие интерметаллические соединения. Таким образом, хотя материал становится легче, в итоге он оказывается более хрупким.

Целью данного исследования было создание сталеалюминиевого сплава, который был бы легким, но при этом не снижал прочности. Для этого исследовательская группа использовала технологию Laser Powder Bed Fusion (L-PBF) — одну из основных технологий металлической 3D-печати, в которой используется лазер для выборочного расплавления металлических порошков.

Они обнаружили, что увеличение скорости сканирования лазера значительно подавляет образование хрупких интерметаллических соединений (таких как Al5Fe2 и Al13Fe4).

Они предположили, что более высокая скорость сканирования приводит к так называемому неравновесному затвердеванию, которое минимизирует разделение растворов, приводящее к образованию слабых мест в материале. В результате созданный ими продукт демонстрирует прочные связующие интерфейсы.

Другими словами, нельзя просто скрепить два металла и ожидать, что они будут держаться без всякого плана, — говорит специально назначенный доцент Сеунгкюн Йим (Университет Тохоку).

Сначала мы должны были полностью понять механизм легирования на месте.

Основываясь на этом достижении, они успешно создали прототип первого в мире полномасштабного автомобильного компонента из нескольких материалов (подвеска) с индивидуальной геометрией. Исследовательская группа намерена применить полученные результаты к другим комбинациям металлов, где аналогичные проблемы со склеиванием требуют улучшения, что позволит расширить сферу применения.

Ранее ученые сообщили о разработке нового подхода в 3D металлической печати.

18.12.2024