3 December 2021, 2:59

Ученые представили 3D-печать почти всеми востребованными металлами

Ученые лаборатории «Катализ и переработка углеводородов» НИТУ «МИСиС» научились печатать 3D-изделия из металлов разных групп на одном принтере. Технология, снижающая себестоимость 3D-изделий в среднем на 30%, позволяет получать как изделия медицинского применения, так и детали для авиакосмической промышленности. Из части металлов, входящих в технологический пул, нельзя было изготовить детали даже на металлургических производствах. Обзор методологий 3D-печати опубликован в научных журналах Journal of Alloys and Compounds, Composite Communications, Materials и других публикациях коллектива.

Ученые представили 3D-печать почти всеми востребованными металлами

Современное металлургическое производство активно уходит в 3D-формат и уже включает такие сферы, как авиастроение, гражданское строительство, утилизацию и рециклинг отходов, легкую промышленность (например, производство обуви). Спектр материалов для аддитивного производства непрерывно расширяется, объединяя полимеры и пластики, металлы и сплавы, стекло и керамику, бетоны и композиты.

Ученые НИТУ «МИСиС» вывели металлическую 3D-печать на новый уровень, представив универсальную технологию производства для различных сфер индустрии на одном 3D-принтере. В качестве основы был взят 3D-принтер российской компании Addsol, конструкция которого была оптимизирована и доработана инженерами лаборатории. Стоимость принтера составляет около 7 млн рублей, что как минимум в три раза дешевле зарубежных аналогов.

Мультиметаллическая печать, предложенная научным коллективом, уникальна возможностью использовать различные, зачастую весьма сложные в обработке, металлы и их сплавы. Для печати одной группы металлов пришлось инженерно модифицировать принтер, оптимизируя конструкцию, для печати других — модифицировать сами материалы при помощи полученных коллективом добавок и катализаторов.

Например, магниевые сплавы в принципе невозможно обрабатывать без использования специальных солевых флюсов, поскольку они воспламеняются и горят. Технология включила модификацию принтера, подбор режимов и системы обдува, что позволило печатать медицинские изделия из магния — различные биорезорбируемые зажимы-фиксаторы костных тканей, челюстно-лицевые имплантаты — минимизируя неизбежную газификацию магния ввиду низкой температуры кипения (1090 оС).

Еще одним примером 3D-обработки металлических мультиматериалов является нитинол или никелид титана. Он также широко используется для создания медицинских изделий ввиду наличия уникальных функциональных свойств, таких как сверхупругость или память формы. Печать изделий, которые при внешнем воздействии в виде изменения температуры или приложения нагрузки способны, например, совершать механическую работу (восстанавливать форму), относят к 4D-печати, так как с помощью варьирования условий синтеза материала возможно управлять его свойствами.

Одно из интересных и перспективных применений технологии, по мнению самих разработчиков, — печать постоянных магнитов из порошка ниодим-железо-бор. Они применяются для создания генераторов, электродвигателей в автомобильной и авиапромышленности. Производство таких магнитов по традиционным технологиям — это многоступенчатый, дорогостоящий процесс. 3D-печать позволила сократить количество стадий синтеза и, в конечном итоге, уменьшить стоимость самой детали. Кроме того, аддитивное производство дает возможность синтезировать магниты не только в форме диска или параллелепипеда, а любой сложной формы.

В настоящее время коллектив завершает работы по печати из бронзы и меди, которые могут использоваться, в частности, для ракетных двигателей.

Read also

Материаловеды научились печатать на 3D-принтере металлическую пену
Подход к производству пенометалла экономит сырье, электроэнергию и время и снижает расходы на производство
3D printing
Materials Science
28 April 2023
Отходы производства ацетилена предложили использовать в 3D-печати композитов
Улучшенные таким образом пластики обладают более высокими механическими свойствами, а изделия из них можно перепечатывать несколько раз
3D printing
Composites
Materials Science
12 April 2023
Новый метод нанесения защитных покрытий в разы увеличил твердость металлических изделий
Подход позволил кратно увеличить твердость как чистых металлов, так и углеродсодержащих сплавов
Heavy-duty materials
Materials Science
Metallurgy
New techniques
4 February 2022
Предсказаны новые галогениды для солнечной и водородной энергетики
Ученые обнаружили 67 новых соединений галогенов (хлора, брома, фтора и иода), которые потенциально могут существовать в двумерном виде, что открывает широкие перспективы их применения в прикладных задачах, например, при создании приборов для преобразования солнечной энергии. Проанализировав эти вещества, авторы выяснили, что некоторые из них способны извлекать из воды водород под действием солнечного света. Водород — перспективное топливо для «зеленой» энергетики, и обнаруженные соединения позволят удешевить его получение в три раза.
"Green" chemistry
Energy industry
Materials Science
18 March 2024
Высокоэнергичные ионы превратили графен в наноалмазы
Ученые получили стабильный материал, состоящий из графена и наноалмазов, облучив многослойный графен быстрыми тяжелыми ионами. Возможность управлять механическими свойствами нового наноструктурированного материала в сочетании с легкостью и гибкостью графена открывает перспективы для его использования в космической авиации, автомобильной промышленности и медицинских устройствах.
Materials Science
Mechanics of materials
Mechanochemistry
17 March 2024
Тугоплавкие сплавы позволят выдерживать температуры до 1000°С
Ученые доказали, что жаростойкость и прочность тугоплавких сплавов не зависят от количества входящих в их состав компонентов, как считалось ранее. Самую высокую жаростойкость при 1000°С показал сплав из трех металлов, а именно ниобия, титана и хрома, тогда как лучшую прочность продемонстрировал сплав из ниобия и хрома. Это открытие позволит разрабатывать перспективные сплавы для производства двигателей нового поколения, не требующих систем охлаждения.
High temperature materials
Materials Science
Metals and their alloys
15 March 2024