3D-печать дала монокристалл сплава Ti-6Al-4V высотой в метр: лабораторная демонстрация
Авторы вырастили монокристалл высотой метр и диаметром сантиметр, подавая тепло попеременно и импульсами. Его сопротивление ползучести на порядок выше оценки по размеру зерна.
Исследователи сообщили о свободной аддитивной технологии, которая даёт монокристалл сплава Ti-6Al-4V высотой метр и диаметром сантиметр. Статья доступна через doi.org. nature.com
doi.orgnature.comОткрыть источник ↗ Метод использует чередующийся и импульсный подвод тепла, чтобы управлять ростом кристалла и задавать его направление.
Тем же подходом напечатали монокристаллы вольфрама, молибдена, ниобия и сплавов MoNb. Работа представляет собой лабораторную демонстрацию метода.
Рост кристалла при циклическом нагреве
Монокристаллические материалы нужны для высоконагруженных применений, но их обычное производство требует строго квазистационарных тепловых условий. Аддитивному производству свойственны сильные циклические колебания температуры, и это противоречит такому требованию. До сих пор из-за этого не удавалось напечатать крупные или архитектурно сложные монокристаллы.
Авторы утверждают, что тщательно управляемый чередующийся и импульсный подвод тепла снимает это противоречие. nature.com
doi.orgnature.comОткрыть источник ↗ Они также сообщают о первых, насколько им известно, монокристаллических решётчатых структурах со сложными зигзагообразными перемычками. По словам авторов, метод фактически снимает теоретические ограничения на размер монокристаллических деталей. Моделирование в работе выполнено в коммерческих программах FLOW-3D и ABAQUS.
Ползучесть и тугоплавкие металлы
Объёмный монокристалл Ti-6Al-4V показал сопротивление ползучести на порядок выше, чем предсказывает стандартное масштабирование по размеру зерна. Авторы объясняют это совместным действием двух факторов. Первый — отсутствие границ зёрен. Второй — иерархическая α/β-архитектура, возникающая при аддитивном производстве и регулирующая плотность и подвижность дислокаций, а также эволюцию пор.
Вольфрам, молибден и ниобий — тугоплавкие металлы, которые трудно обрабатывать. Авторы сообщают, что монокристаллы W, Mo, Nb и сплавов MoNb напечатаны тем же методом. По их словам, это расширяет доступный набор материалов и позволяет получать сложные геометрии, недостижимые классическими методами.
