Lasery jemne doladia 3D tlačený kov bez „ohrievania a tepania“
- Autor:
- Roman Mališka
- Zverejnené:
- 14. 11. 2023
- Hodnotenie:
- Už ste hlasovali.
Tím výskumníkov vedený univerzitou v Cambridge vyvinul novú techniku, ktorá využíva vysokoenergetické lasery na jemné doladenie vlastností 3D tlačeného kovu bez kompromisov v zložitých tvaroch, ktoré vytvára.
Aditívna alebo 3D tlač sa ukazuje ako čoraz výkonnejší nástroj pre strojárstvo a výrobu, no v skutočnosti má často niektoré veľké nevýhody, ktoré si vyžadujú nové prístupy. 3D tlač kovu zvyčajne zahŕňa stroj, ktorý kladie tenké vrstvy kovovej zliatiny vo forme jemného prášku. Táto vrstva sa potom roztaví alebo speká pomocou laserového alebo elektrónového lúča vedeného podľa digitálneho modelu, potom sa pridá ďalšia vrstva. Po dokončení tlače sa prebytočný prášok zmietne, čím sa odhalí konečný produkt.
Pomocou takejto 3D tlače sa dajú veľmi rýchlo vytvárať veľmi zložité tvary. Problém je v tom, že na výrobe niečoho z kovu je viac ako len jeho tvar. Existuje tiež komplexná interakcia fyzikálnych, chemických a mechanických vlastností kovu. Ak nie sú riadne kontrolované, konečným produktom môže byť odpad.
Veľmi jednoduchým príkladom by bol nôž vytlačený 3D. Je možné vyrobiť pozoruhodnú čepeľ, ktorá má krivky a detaily, ktoré by bolo normálne takmer nemožné dosiahnuť konvenčnými prostriedkami, ale ak sa neriešia vlastnosti samotného kovu, čepeľ sa môže zlomiť alebo bude príliš mäkká.
To je zjavná výzva pri vytváraní zložitých tvarov. Avšak, kovorobotníci vyvinuli osvedčené a skutočné techniky na kontrolu vlastností kovov vďaka tisíckam rokov praxe podporovanej vedou. V podstate ide o zmenu kryštalickej štruktúry kovov rôznymi spôsobmi ich zahrievania a tepania. Riadeným ohrevom, chladením a tepaním môže mať kus kovu svoju štruktúru jemne vyladenú, až kým nebude vhodný napríklad pre skalpel.
To je v poriadku pre jednoducho tvarované kovové predmety, ale nedá sa napchať 3D vytlačený kovový objekt so zložitým tvarom do pece alebo naň tĺcť kladivom, čím by sa zmaril celý účel použitia technológie 3D tlače na jeho výrobu. Namiesto toho sa tím z Cambridgeskej univerzity rozhodol použiť lasery na zmenu kovu in situ.
Myšlienkou bolo, že laser by selektívne roztavil body na dokončenom objekte vyrobenom z nehrdzavejúcej ocele, čím by sa zmenila jeho kryštalická štruktúra. Týmto spôsobom by mohli urobiť 3D tlačený kov pevným a zároveň odstrániť krehkosť, ktorú takýto 3D tlačený kov zvykne vykazovať. Selektívny ohrev v malom meradle tak premení laser na mikroskopické kladivo.
Táto technika nemôže duplikovať konvenčné spracovanie kovov, takže tím sa obrátil na starodávnu techniku, aby dosiahol podobný výsledok. Jednou z metód výroby vysokokvalitných čepelí mečov je použitie dvoch rôznych kovov, ako je oceľ a železo, a ich mnohonásobné zváranie a skladanie dohromady. Výsledkom je jemne vrstvená čepeľ, kde dva kovy vystupujú proti sebe a umožňujú kováčovi ovládať nielen vlastnosti celej čepele, ale aj jednotlivých častí, takže stred čepele je flexibilný, zatiaľ čo hrany sú dosť ťažké na to, aby sa čepeľ dala ostriť.
Tím z Cambridgeskej univerzity prišiel s niečím podobným, keď striedal miesta ošetrené laserom s tými, ktoré zostali neošetrené. To im umožnilo veľkú mieru kontroly nad konečnými vlastnosťami objektu.
„Myslíme si, že táto metóda by mohla pomôcť znížiť náklady na 3D tlač kovov, čo by zase mohlo zlepšiť udržateľnosť priemyslu výroby kovov,“ povedal Dr. Matteo Seita, vedúci tímu. „V blízkej budúcnosti tiež dúfame, že budeme môcť obísť nízkoteplotné spracovanie v peci, čím sa ďalej zníži počet krokov potrebných pred použitím 3D tlačených dielov v inžinierskych aplikáciách“.
Výskum bol nedávno publikovaný v Nature Communications.
