В последние несколько лет 3D-печать пластиком быстро продвинулась вперед. Недавно команда исследователей показала, что вскоре может быть так же просто и практично использовать металлы с помощью 3D-печати.

Под руководством Яна Шрёрса, профессора машиностроения и материаловедения из Йельского университета, исследовательская группа использовала новый подход к 3D-печати объектов из металлического стекла - относительно нового материала, более прочного, чем даже лучшие металлы, но обладающего гибкостью пластика. Результаты опубликованы в «Материалы сегодня».

 

Поскольку металлы обычно не существуют в состоянии, которое позволяет их легко экструдировать, 3D-печать металлов по-прежнему является и ограниченной. Объемные металлические стекла (BMG - Bulk Metallic Glasses), однако, могут подвергаться непрерывному размягчению при нагревании - явление, присущее термопластам, но не обычным металлам. BMG обязаны своими свойствами уникальной атомной структуре: когда металлические стекла переходят из жидкости в твердое тело, их атомы располагаются в случайном порядке и не кристаллизуются, как это делают традиционные металлы.

 

Команда, в которую также входят исследователи из компании Desktop Metal Inc. и MIT, показала, что BMG можно использовать в 3D-печати для создания твердых высокопрочных металлических компонентов в условиях окружающей среды, аналогичных тем, которые используются при 3D-печати термопластов.

 

«Когда мы выяснили условия обработки, мы даже удивились, насколько практичен этот процесс, - сказал Ян Шрёрс.

 

Аддитивное производство металлических компонентов выполнялось ранее с использованием сильно локализованного нагрева и затвердевания металлического порошка и придания ему желаемой структуры. Однако этот процесс дорогостоящий и сложный и часто не дает желаемых свойств.

 

Прорыв исследователей значительно снижает затраты и ресурсы за счет использования смягчающего поведения BMG. Это может устранить компромиссы при выборе компонентов из термопласта вместо металлических компонентов для ряда материалов и инженерных приложений.

 

Команда сосредоточилась на хорошо изученном и легкодоступном материале BMG, изготовленном из циркония, титана, меди, никеля и бериллия. Команда также теоретически показала, что с помощью этого метода можно напечатать более широкий спектр BMG.

 

Исследователи использовали аморфные стержни диаметром 1 миллиметр и длиной 700 мм. Температура экструзии составляет 460 градусов Цельсия, а сила экструзии от 10 до 1000 Ньютонов используется для проталкивания размягченных волокон через сопло диаметром 0,5 мм. Исследовав напечатанные детали BMG, команда была очень удивлена.

 

«Мы ожидали высокой прочности в ориентации, параллельной печати, но были очень удивлены прочностью и в перпендикулярной ориентации», - сказала Джиттиса Кеткаев, соавтор и аспирант лаборатории Schroers.

 

Пуннатхат Борденитикасем, соавтор и недавний выпускник Йельского университета, сказал, что возможность 3D-печати металлических деталей с такой же легкостью, как термопласты, произведет революцию в области аддитивного производства металлов.

 

«Помимо прототипирования, достижимые свойства печатных деталей в сочетании с универсальностью конструкции деталей делают эту технологию 3D-печати подходящей для изготовления высокопроизводительных компонентов для медицинских, аэрокосмических и космических аппаратов», - сказал Борденитикасем, в настоящее время научный сотрудник НАСА, лаборатории реактивного движения Калифорнийского технологический институт.

 

Название публикации: Майкл А. Гибсон и др., «3D-печать металлов, таких как термопласты: изготовление металлических стекол из сплавленных нитей», MAterials Today, 2018; DOI: 10.1016 / j.mattod.2018.07.001

 

 

Источник: https://www.tribonet.org/a-better-way-to-3d-print-metallic-glass/