Zabudnuté heslo?
Prihlásenie

Nový proces pomôže 3D vytlačeným kovovým súčiastkam odolať teplu

Nový proces pomôže 3D vytlačeným kovovým súčiastkam odolať teplu
Autor:
Roman Mališka
Zverejnené:
22. 11. 2022
Hodnotenie:
Už ste hlasovali.

Technológia 3D tlače síce umožňuje efektívnu výrobu zložitých kovových súčiastok, ale pri namáhaní a zahrievaní sa často deformujú. Vďaka novej technike vyvinutej výskumníkmi z MIT to však už čoskoro nemusí platiť.

Problém s existujúcimi kovovými komponentmi vytlačenými 3D tlačou spočíva v jave známom ako „tečenie“, pri ktorom trvalé mechanické namáhanie a vysoké teplo spôsobujú trvalú deformáciu kovov. K tomu dochádza najmä vtedy, keď je kov zložený z jemných zŕn, čo je aj prípad kovu vytlačeného 3D tlačou.

Tím vedený profesorom Zacharym Corderom z MIT vyvinul proces tepelného spracovania, ktorý tieto zrná zväčšuje, a tým znižuje ich náchylnosť na tečenie. Je to variácia existujúcej techniky známej ako smerová rekryštalizácia.

Počas laboratórnych testov sa 3D vytlačené tyče zo zliatiny niklu najprv umiestnili do vodného kúpeľa s izbovou teplotou priamo pod indukčnú cievku a potom sa rôznymi rýchlosťami pomaly ťahali priamo hore cez cievku. Týmto spôsobom sa časť každej tyče zohriala na teplotu od 1 200 ºC do 1 245 ºC, čím sa vytvoril prudký tepelný gradient v rámci kovu medzi cievkou a vodou.

Tento gradient spôsobil, že mikroskopické zrná kovu sa zmenili na oveľa väčšie „stĺpcovité“ zrná. Ako naznačuje toto slovo, nové zrná mali podobu stĺpcov, ktoré boli zarovnané s osou najväčšieho napätia v kovu.

V tomto laboratórnom testovacom zariadení sa tyč zo zliatiny niklu vyťahuje z vodného kúpeľa cez indukčnú cievku.

V prípade tyčí sa zistilo, že optimálny účinok sa prejavil pri teplote 1 235 ºC a rýchlosti ťahania 2,5 mm za hodinu. Vedci už teraz pracujú na zvýšení tejto rýchlosti. Netreba dodávať, že iné kombinácie by pravdepodobne fungovali lepšie pre iné kovy. V skutočnosti by sa v závislosti od zamýšľaného použitia 3D vytlačeného dielu mohla meniť štruktúra zrna v rámci jedného predmetu zmenou teploty a rýchlosti pri jeho spracovaní.

V súčasnosti sa plánuje testovanie tejto technológie na štruktúrach podobných lopatkám plynových turbín alebo prúdových motorov, ktoré musia odolávať trvalému mechanickému namáhaniu a vysokému teplu. Ak sa skutočne ukáže, že sú menej náchylné na tečenie, mohlo by to otvoriť cestu k lepším a účinnejším konštrukciám.

„Nové geometrie lopatiek a listov umožnia energeticky účinnejšie pozemné plynové turbíny, ako aj prípadne letecké motory,“ povedal Cordero. „To by zo základného hľadiska mohlo viesť k zníženiu emisií oxidu uhličitého, a to práve vďaka vyššej účinnosti týchto zariadení“.

Článok o výskume bol nedávno uverejnený v magazíne Additive Manufacturing.