На снимке видны чередующиеся участки из бронзы и стали в сплаве. Масштабная линейка — 0,1 миллиметра.
Фото Константин Макаренко и др./ Materials & Design, 2022.
Образец из сплава, напечатанный на 3D-принтере для механических испытаний. Его растягивают на специальной машине и определяют менее прочные места (показаны красным цветом на рисунке слева сверху).
Иллюстрация Константин Макаренко/ Сколтех.
Учёные Сколтеха изучили новые железо-медные сплавы для аддитивной печати. В дальнейшем их можно будет использовать для создания двигателей самолётов и ракет.
Развитие 3D-печати металлами идёт семимильными шагами: учёные всего мира ищут и исследуют материалы, подходящие для больших промышленных производств самых разных «печатных» изделий.
Специалисты Сколтеха также работают в этой прогрессивной сфере исследований. Недавно они создали на 3D-принтере образцы из сплавов стали и бронзы, которые ранее не изучались. Учёные определили структуру полученных образцов и их механические свойства. Новые данные позволят использовать такие сплавы в 3D-печати, к примеру, двигателей самолётов и ракет.
Почему исследователями были выбраны именно железо и медь?
С помощью такого сплава можно напечатать камеру сгорания, в которой сталь будет придавать стенкам высокую жаростойкость, а бронза — необходимую теплопроводность. Последнее нужно, чтобы избежать перегрева конечного изделия в ходе его эксплуатации.
Томские ученые разработали 3D-принтер для работы в космосе читайте также
«У технологии 3D-печати большие возможности для изготовления композитов — материалов, состоящих из двух разнородных компонентов и наследующих свойства обоих, — рассказывает доцент Центра технологий материалов Сколтеха Игорь Шишковский. — […] на 3D-принтере можно сделать цельную композитную камеру с плавным, бездефектным переходом: внутри она бронзовая и потому хорошо охлаждается, снаружи — стальная, поэтому не происходит разрушения».
В ходе 3D-печати порошкообразные ингредиенты сплавляются лазером и смешиваются непосредственно в той точке образца, где в этот момент работает лазер.
Сколтеховцы впоследствии исследовали печатные образцы, в которых два исходных материала были перемешаны равномерно, а также те образцы, где бронза и сталь чередовались очень тонкими слоями.
Также учёные попробовали менять соотношение стали и бронзы, брали как равные части, так и 75% бронзы к 25% стали соответственно.
Кроме того, российские исследователи брали бронзу разного состава: алюминиевую, хромистую и оловянистую.
Образец из сплава, напечатанный на 3D-принтере для механических испытаний. Его растягивают на специальной машине и определяют менее прочные места (показаны красным цветом на рисунке слева сверху).
Иллюстрация Константин Макаренко/ Сколтех.
Учёные изучили внутреннее строение полученных образцов с помощью оптической и сканирующей электронной микроскопии. Затем полоски из сплава разорвали на специальном стенде.
Сплавы хорошо показали себя: образцы не содержали дефектов, которые могут привести к поломке конечного 3D-изделия в процессе работы.
«Теперь, когда мы знаем, что бронзу и сталь действительно можно сплавлять технологией прямого нанесения материала на 3D-принтере, и знаем механические характеристики этого нового сплава, мы можем исследовать его возможные применения», ‒ говорит первый автор работы, аспирант Сколтеха Константин Макаренко.
Создан новый метод 3D-печати из графена читайте также
Он также рассказал, что его научная группа попробует напечатать лопатки турбин, каналы охлаждения которых будут сделаны из бронзы, а сама лопатка — из прочного суперсплава. В таком изделии не будет швов и прочих сочленений, что значительно улучшит его рабочие характеристики.
Также учёные Сколтеха хотели бы напечатать с помощью нового сплава или других перспективных материалов, которые будут найдены позднее, камеру сгорания.
Статья авторов работы вышла в журнале Materials & Design.
Ранее мы писали о том, как российские учёные научились создавать с помощью 3D-печати одежду и создали технологию 3D-печати индивидуальных протезов для мозга.
Больше новостей из мира науки вы найдёте в разделе «Научпоп» на медиаплатформе «Смотрим».