Новая эра 3D-печати? Достигнута важная веха: стала возможна печать вольфрама

Япония - Информационное агентство Эхбари

Новая эра 3D-печати? Достигнута важная веха: стала возможна печать вольфрама

Мир 3D-печати, или аддитивного производства, долгое время ассоциировался с пластиками, позволяя создавать все: от сложных прототипов до персонализированных потребительских товаров. Хотя 3D-печать металлами добилась значительных успехов, печать сверхтвердыми материалами, такими как карбид вольфрама, оставалась серьезной проблемой. Это связано в первую очередь с экстремальными температурами, необходимыми для расплавления этих металлов, что может привести к нежелательным химическим реакциям, структурной деградации и образованию дефектов, таких как трещины и пористость, при охлаждении. Однако революционная разработка Университета Хиросимы в Японии готова переопределить возможности металлического аддитивного производства.

Исследователи из Университета Хиросимы успешно продемонстрировали новый метод 3D-печати карбидом вольфрама и кобальта – материалом, известным своей исключительной твердостью и износостойкостью, что крайне важно для применения в режущих инструментах, горнодобывающей промышленности и аэрокосмической отрасли. Основное новшество заключается в отказе от традиционного подхода полного плавления. Вместо этого, новый процесс тщательно нагревает карбид вольфрама лишь до точки, когда он размягчается, становясь достаточно пластичным для точного нанесения и послойного соединения. Такое контролируемое размягчение сохраняет внутреннюю структурную целостность материала, обходя распространенные проблемы, связанные с быстрыми циклами нагрева и охлаждения.

Технология использует сложную систему, включающую лазер и нагреваемый провод. Эта комбинация точно нацеливается и размягчает твердый стержень из карбида во время процесса печати. Для дальнейшего улучшения адгезии между слоями и структурной надежности между напечатанными слоями стратегически размещается тонкий слой никелевого сплава. Избегая полного расплавления, получаемые напечатанные компоненты демонстрируют заметное отсутствие дефектов, которые омрачали предыдущие попытки печати таких твердых металлов. Такой тщательный контроль состояния материала является ключом к достижению превосходных механических свойств.

Последствия этого прорыва существенны. Согласно отчетам исследователей, конечный материал из карбида вольфрама, напечатанный на 3D-принтере, достигает твердости свыше 1400 HV. Эта выдающаяся твердость, достигнутая без внесения дефектов или разложения, ставит напечатанный материал в непосредственную конкуренцию с известными сверхтвердыми веществами, такими как сапфир и алмаз. Карбид вольфрама уже является основным материалом для высокопроизводительных режущих и строительных инструментов, ценимым за его способность выдерживать экстремальный износ и нагрузки. Традиционно эти инструменты изготавливаются путем обработки сплошных блоков материала – субтрактивного процесса, который неизбежно приводит к значительному материальному браку.

Возможность прямой 3D-печати карбидов промышленного класса без дефектов обещает революционизировать производственные процессы. Это дает двойное преимущество: существенное сокращение отходов материалов, ведущее к более устойчивому производству, и возможность создавать детали, близкие к их окончательной желаемой форме, минимизируя потребность в обширной постобработке. Это не только экономит время и ресурсы, но и позволяет создавать сложные геометрии, которые трудно или невозможно получить традиционными методами. «Подход формирования металлических материалов путем их размягчения, а не полного расплавления, является новаторским», – заявил Кейта Марумото, доцент Высшей школы передовых наук и инженерии Университета Хиросимы. «Он имеет потенциал для применения не только к твердым сплавам, которые были в центре этого исследования, но и к другим материалам».

Несмотря на значительные достижения, исследователи признают, что широкое внедрение этой технологии не предвидится в ближайшее время. Текущие ограничения включают случаи растрескивания при определенных сценариях печати и трудности в производстве высокосложных форм. 3D-печать металлами в целом остается более медленным, дорогим и менее контролируемым процессом по сравнению с ее пластиковыми аналогами. Для устранения проблем с растрескиванием и расширения свободы проектирования сложных компонентов необходимы дальнейшие усовершенствования процесса печати. Истинная ценность этого подхода «размягчение вместо плавления» в конечном итоге будет зависеть от его масштабируемости, надежности и адаптивности к различным производственным средам реального мира.

Тем не менее, эта веха знаменует собой поворотный момент в аддитивном производстве. Она демонстрирует жизнеспособный путь к преодолению давних проблем при печати сверхтвердых металлов. По мере прогрессирования исследований и дальнейшей оптимизации процесса, перспектива использования 3D-печатного карбида вольфрама для передовых промышленных применений становится все ближе к реальности, потенциально знаменуя новую эру инноваций в материалах и производственной эффективности.

Информационное агентство Эхбари