Полученный биметаллический материал оказался на 33-42% прочнее, чем любой металл по отдельности, отчасти благодаря давлению, создаваемому между металлами, когда они охлаждаются вместе.

В новом методе используются обычные, относительно недорогие инструменты, поэтому производители и ремонтные мастерские могут использовать его в ближайшей перспективе. С дальнейшим развитием он потенциально может быть использован для изготовления высокопроизводительных медицинских имплантатов или даже деталей для космических путешествий, сказал Амит Бандиопадхьяй, старший автор исследования, опубликованного в журнале Nature Communications.

Часть новой гибридной установки, разработанной исследователями WSU, которая создает детали с использованием точного компьютерного программирования и двух сварочных головок. В нем используются обычные, относительно недорогие инструменты, поэтому производители и ремонтные мастерские потенциально могут использовать этот метод в ближайшем будущем. Предоставлено: Университет штата Вашингтон

Исследовательская группа позаимствовала идею у природы, отметив, что деревья и кости получают свою прочность от того, как слоистые кольца из разных материалов взаимодействуют друг с другом. Чтобы имитировать это с металлами, исследователи WSU использовали сварочное оборудование, обычно встречающееся в автомобильных и механических мастерских, встроенное в компьютер с числовым программным управлением или станок с ЧПУ. Новая гибридная установка создает детали с использованием точного компьютерного программирования и двух сварочных головок.

В ходе демонстрации две сварочные головки работали одна за другой на круговом слое, чтобы напечатать два металла, каждый из которых имел определенные преимущества. Коррозионно-стойкий сердечник из нержавеющей стали был создан внутри внешнего корпуса из более дешевой «мягкой» стали, подобной той, которая используется в мостах или железных дорогах. Поскольку металлы сжимаются с разной скоростью по мере охлаждения, создается внутреннее давление, по существу зажимающее металлы вместе. Испытания результата показали большую прочность, чем нержавеющая сталь или мягкая сталь сами по себе.

В настоящее время 3D-печать несколькими металлами в сварочной установке требует остановки и замены металлической проволоки. Новый метод устраняет эту паузу и помещает два или более металлов в один и тот же слой, пока металлы еще горячие.

«Этот метод помещает металлы по кругу, а не просто по линии. Делая это, он принципиально отходит от того, что было возможно», — сказал Лайл Сквайрс, докторант машиностроения WSU и первый автор исследования. «Движение по кругу, по сути, позволяет одному материалу обнимать другой материал, чего не может произойти при печати по прямой линии или в зажатых слоях».

Возможность послойного усиления металлических деталей, напечатанных на 3D-принтере, вскоре может дать автомобильным концернам новые возможности с возможностью быстрого создания прочных стальных деталей по индивидуальному заказу. Например, можно было бы разработать биметаллические, устойчивые к крутящему моменту полуоси или экономичные, высокопроизводительные тормозные диски.

Оригинал статьи: Nature Communications (2023). DOI: 10.1038/s41467-023-39230-w

Источник