Эллиптический лазер в 3D-печати взбивает расплавленный металл и создает сплавы по требованию

Национальный институт стандартов и технологий США (NIST) продемонстрировал метод металлической 3D-печати, при котором лазер движется по эллиптическим петлям вместо прямых линий, перемешивая расплавленный металл прямо во время печати.

Технология не требует нового оборудования и позволяет уже работающим машинам смешивать сплавы, которые обычно сопротивляются объединению.

Исследование опубликовано в журнале Additive Manufacturing и было верифицировано в Аргоннской национальной лаборатории на установке Advanced Photon Source.

Команда сплавила плотный высокоэнтропийный сплав RHEA-19 с легким титановым сплавом и в реальном времени наблюдала, как два материала образуют новый сплав.

Метод модифицирует селективное лазерное плавление в порошковом слое, при котором лазер плавит тонкие слои металлического порошка точка за точкой. При стандартной печати луч движется по прямым линиям, и каждая короткоживущая ванна расплава смешивает свои компоненты лишь незначительно.

Исследователь NIST Хо Юнг запрограммировал лазер выводить петли по мере продвижения, перемешивая ванну, пока та остается жидкой.

Существующая прошивка принтеров не могла создавать такие траектории, так как команде пришлось написать собственное управляющее ПО. Поскольку метод меняет только схему сканирования, машины на заводах смогут использовать его после обновления программного обеспечения.

Коммерческое ПО для 3D-принтеров не способно создавать такие узоры.

Чтобы подтвердить, что металлы действительно сплавились, а не разделились, нужно было зафиксировать атомную структуру в момент застывания ванны, что происходит менее чем за секунду.

Advanced Photon Source производит рентгеновские лучи примерно в 500 миллиардов раз ярче, чем стоматологический сканер, что достаточно для считывания дифракционных картин с плотного расплава по мере его затвердевания. Команда дополнила это электронной микроскопией готового образца.

NIST считает наблюдение дифракции самостоятельным результатом, так как отслеживание фазовых переходов на такой скорости подобным образом ранее не выполнялось.

Металлы обладают разной плотностью, температурами плавления и поверхностным натяжением, из-за чего при остывании отливки они разделяются на слабые неоднородные области.

Высокоэнтропийные сплавы, в которых пять или более металлов смешаны примерно в равных долях вместо одного основного металла с малыми добавками, особенно подвержены этому, что и делает их сложными для литья. Перемешивание во время печати обходит эту проблему стороной.

Исследователи полагают, что тот же метод позволит загружать в машину элементарные металлические порошки и смешивать их в готовые сплавы на лету, вместо хранения отдельного предварительно сплавленного порошка для каждого состава.

NIST также указывает на возможность непрерывного градиента состава внутри одной детали, так что лопатка реактивной турбины могла бы плавно переходить между металлами без сварного шва, который мог бы выйти из строя.

Энтузиаст открыл исходники мода Kotinos, превращающего HSK Pro в мышь с лепестками для про-геймеров

Фанат Skyrim напечатал на 3D-принтере Клинок Мерунеса и навлёк на себя гнев знатоков лора небрежной подписью

Печать металлом значительно сложнее печати пластиком, так как сплавы плавятся при экстремальных температурах и проходят через фазовые переходы при остывании.

Отдельно NIST включил эллиптические схемы сканирования в число стратегий управления, изучаемых для подавления дефектов и контроля микроструктуры в аддитивном производстве.