NIST показал 3D-печать металлов с перемешиванием сплава
Национальный институт стандартов и технологий США сообщил о методе 3D-печати металлов, который позволяет смешивать компоненты сплава прямо в расплаве. Для этого исследователи не меняли сам принтер, а переписали траекторию лазера: вместо стандартного прохода он движется по петлеобразной схеме и создает в ванне расплава вихревое перемешивание. Задача прикладная. Такой подход должен снизить неоднородность в высокоэнтропийных сплавах, из-за которой обычно падают прочность и предсказуемость материала.
Высокоэнтропийные сплавы состоят не из одного базового металла с добавками, а из нескольких элементов в близких долях. За счет этого они интересны для узлов, работающих при высокой температуре и нагрузке: от авиационных деталей до компонентов энергетики и космической техники. Проблема в том, что при затвердевании такие смеси склонны к сегрегации, когда разные элементы расходятся по объему неравномерно.
Команда NIST применила этот прием в лазерном порошковом спекании. В обычной схеме луч идет по заранее заданным линиям и формирует слой за слоем. В новой версии он описывает петли, за счет чего расплавленный металл перемешивается в процессе плавления, а не после него. Для этого ученым пришлось написать собственное управляющее ПО, потому что типовые промышленные системы такие траектории не поддерживают.
Проверку провели на комбинации высокоэнтропийного сплава RHEA-19 и титана. За формированием структуры наблюдали на синхротронной установке Advanced Photon Source в Аргоннской национальной лаборатории, которая позволяет видеть быстрые изменения в материале в реальном времени. По данным исследователей, метод дал более равномерное распределение элементов по объему сплава.
Практический смысл в том, что технология не требует новой оптики, камер или механики принтера. Если результат удастся воспроизвести на серийных машинах, производители смогут менять свойства детали на уровне софта. Похожим путем уже идет отрасль промышленной печати металлом: EOS, Nikon SLM Solutions и 3D Systems в последние годы развивают именно программный контроль ванны расплава, поскольку запас по железу в таких системах ограничен и дорог.
Следующий шаг, который описывает NIST, — печать сплавов «по запросу», когда машина получает базовые порошки и собирает нужный состав в ходе работы. Для авиации и космоса это заметный сценарий: одна деталь сможет иметь разные свойства в разных зонах без механической сборки из нескольких частей. По оценкам отраслевых аналитиков, рынок металлической аддитивной печати в мире в ближайшие годы превысит $15 млрд, и борьба в нем все чаще идет не за скорость печати, а за контроль структуры материала на уровне микронов.
