Комбинация материалов с разницей температур плавления 2000 C, напечатанная с помощью лазерного сплавления нескольких материалов в порошковом слое.
Ученые из Манчестерского университета разработали новый многокомпонентный метод LPBF для совместного создания вольфрама (W) и нержавеющей стали (SS) и использовали метод моделирования для выявления механизма соединения. До сих пор не было сообщений об успешном изготовлении 3D-печатных структур из нескольких материалов SS→W→SS и о том, как различия в физических свойствах влияют на межфазное соединение W и SS в процессе лазерной печати.
W обладает отличной стойкостью к распылению, стойкостью к плазменному излучению и низким коэффициентом теплового расширения, но очень хрупок. Аддитивное производство (AM) W с другими металлами, такими как никель (Ni) и железо (Fe), может снизить хрупкость W и повысить его пластичность.
Интересно, что механизмы связывания SS→W и W→SS совершенно разные. Предварительно напечатанная деталь W не переплавлялась во время печати LPBF детали SS. При построении интерфейса W → SS высокая энергия лазера для плавления W вызвала переплавку и рекристаллизацию верхней поверхности предварительно напечатанного SS. При этом практически расплавленные порошки W погружались в расплавленный SS.
В этом исследовании был проанализирован механизм связывания W и SS в сэндвич-структуре LPBFed SS→W→SS с помощью экспериментальных методов и методов моделирования. АД биметаллических компонентов В-ТЭ имеет потенциал для использования в атомной энергетике будущего. Механизмы склеивания открывают новый путь для разработки структуры скрепления нескольких материалов, особенно для материалов, которые имеют значительные различия в физических свойствах.
Один из ведущих исследователей, профессор Линь Ли, прокомментировал: «Многокомпонентный LPBF обеспечивает большую свободу проектирования и производства компонентов. Всестороннее понимание механизмов соединения необходимо для расширения чисто академических исследований до реальных промышленных приложений».
Аддитивное производство из нескольких материалов — это новая область исследований, которая может повысить функциональность компонентов, напечатанных на 3D-принтере, для использования во многих дорогостоящих приложениях и в экстремальных условиях. Но до сих пор было мало исследований, которые находят надлежащее применение для аддитивного производства из нескольких материалов. Первый автор профессор Чао Вэй сказал: «Наша работа показывает, что многокомпонентный LPBF является мощным инструментом в создании компонентов для атомной промышленности».
Анализируя результаты экспериментов и моделирования, исследователи из Манчестерского университета поняли влияние плотности материала, температуры плавления и термических свойств на связывание W и SS. Механизм склеивания может дать представление о печати других комбинаций разнородных материалов с помощью LPBF из нескольких материалов.
Д-р Dongxu Cheng сказал: «Изготовление сэндвич-структуры W и SS с использованием многокомпонентного LPBF является важной вехой, указывающей на то, что многокомпонентный LPBF является ключевой стратегией для достижения цельного производства компонентов конечного использования».
