Опубликовано kur в 31 октября, 2017
Физики впервые научились получать изделия из нержавеющей стали
на 3D-принтере - и делать их лучше, чем изготовленные традиционными
способами.
Говоря о 3D-печати, мы обычно имеем в виду продукты из пластика,
хотя известны принтеры, способные использовать металлы, кулинарные
смеси и бетон. Однако такой "простой" материал, как нержавеющая сталь,
считается крайне неудобным для новых технологий печати. Дело в его
внутренней микроструктуре: нержавеющая сталь комбинирует железо,
углерод и никель с антикоррозионными добавками хрома и молибдена и
проходит сложную обработку в целой серии плавок. В результате образуется
пластичный материал, состоящий из плотно упакованных микрокристаллов
сплава, при этом прочные границы, соединяющие частицы, обеспечивают ему
достаточную прочность.
Воспроизвести эту структуру методами 3D-печати ученые пытаются не первый
год. Как правило, для этого микрочастицы сплава наносят на подложку и
спекают лазером, и так слой за слоем формируют сложное изделие.
Однако такие продукты оказываются более пористыми, нежели изготовленные
традиционными методами - выплавкой или прессованием. Поры делают структуру
более ломкой, так что использовать удобства 3D-печати для производства
металлических изделий удается далеко не всегда.
Лишь теперь Моррису Вангу (Morris Wang) из Ливерморской национальной
лаборатории им. Лоуренса (LLNL) и его коллегам удалось получить 3D-печатную
низкоуглеродистую нержавеющую сталь (316L), прочность которой даже превосходит
сплав, изготовленный обычными методами. Статья ученых опубликована в журнале
Nature Materials, коротко о ней рассказывает пресс-релиз LLNL. Для этого
лазерное спекание при формировании каждого слоя изделия завершается быстрым
охлаждением, которое заставляет кристаллы сплава упаковываться более плотно,
укрепляет соединяющие их "стенки" и делает материал прочнее.
Кроме того, авторы усовершенствовали компьютерные алгоритмы, управляющие
процессом печати, добившись более точного контроля над структурой материала
на микро- и даже наноуровне. Эти меры сработали: лабораторные эксперименты
показали, что полученная 3D-печатью нержавеющая сталь при некоторых нагрузках
втрое превосходит стандартные значения для этого материала.
"Деформации в металлах во многом задаются смещениями наноразмерных
дефектов и их взаимодействием с микроструктурой, - говорит один из авторов
работы Томас Войсин (Thomas Voisin). - Мы обнаружили, что образующаяся
"клеточная структура" [сплава, - NS] действует как "фильтр", позволяя одним
дефектам двигаться свободно - что обеспечивает нужную пластичность, а другие
блокируя - что делает материал прочным".