Аддитивные технологии: не все просто

3D-печать все чаще применяется не только как средство прототипирования, но и для производства деталей сложной формы. Появляются также 3D-принтеры, печатающие металлом, а не пластиком. Но из-за особенностей кристаллизации некоторых металлов и сплавов при печати, обусловленной быстрым и неравномерным охлаждением, их пока сложно использовать в качестве сырья для изготовления изделий с высокими характеристиками.

Американские исследователи решили адаптировать для 3D-печати распространенные высокопрочные алюминиевые сплавы, известные высоким соотношением прочности и плотности. Если использовать такие сплавы для печати без каких-либо добавок, то при кристаллизации расплава в них образуются продолговатые или дендритные зерна, а оставшийся между ними расплав при дальнейшем охлаждении затвердевает и уменьшается в объеме, из-за чего в материале образуются полости и трещины.

Для того чтобы избежать образования такой структуры, ученые решили покрыть частицы порошка из алюминиевого сплава другими частицами, гораздо меньшего размера. В поисках подходящего материала для наночастиц исследователи проанализировали огромное количество материалов. Главными критериями поиска было минимальное расхождение в периодах и типах решеток, термодинамическая стабильность в сплаве и доступность материала. В итоге ученые остановились на гидриде циркония, который при плавлении образует фазу Al₃Zr. Об этом рассказывает интернет-издание N1.

Эти наночастицы на поверхности частиц порошка служат центрами кристаллизации, которые обеспечивают образование мелких равноосных зерен и отсутствие трещин и полостей в конечном материале. С помощью наночастиц ученые сумели напечатать на 3D-принтере легкие, но прочные изделия. Как отмечают исследователи, в будущем такой подход может быть использован и для сплавов из других металлов.

Ранее ученые из HRL Laboratories адаптировали для 3D-печати другой материал. Они научились печатать структуры из прочной и термостойкой керамики, которая выдерживает нагревание до 1700 °C.