Новая биметаллическая 3D-печать позволяет быстро создавать крайне прочные конструкции
В настоящее время один из наиболее распространенных методов 3D-печати объектов из нескольких металлов включает технологию, известную как аддитивное производство с использованием проволочной дуги.
В двух словах, она включает в себя использование сварочной головки для создания электрической дуги, которая плавит металлическую проволоку. Расплавленный металл наносится последовательными слоями, постепенно создавая нужный предмет. И каждый раз, когда в рамках одного задания на печать требуется другой материал, процесс приходится приостанавливать, чтобы заменить проволоку из одного металла на проволоку из другого.
Стремясь упростить этот процесс, команда Университета Вашингтона под руководством профессора Амита Бандйопадхья разработала новую технику, которая включает в себя две сварочные головки (которые можно просто купить в магазине), каждая из которых нагружена проволокой из другого металла.
Сначала одна головка наносит один металл по кругу, образуя кольцо. Затем в дело вступает другая головка и печатает другой тип металла внутри этого кольца, придавая структуре твердое ядро. По мере охлаждения двух металлов внешнее кольцо сжимается быстрее, чем внутреннее ядро. Это создает давление на границе раздела двух металлов, связывая их вместе.
Процесс повторяется снова и снова, слой за слоем, в результате чего получается одна «биметаллическая» система.
К настоящему времени ученые уже распечатали биметаллические конструкции, например колонну с сердечником из нержавеющей стали, заключенным в кожух из более мягкой стали. Такие изделия 33-42% прочнее, чем аналогичные конструкции, сделанные из любого металла по отдельности.
Есть надежда, что этот метод в конечном итоге можно будет использовать для создания таких продуктов, как устойчивые к крутящему моменту полуоси, детали космических кораблей с охлаждающими сердечниками, окруженными термостойкими кожухами, или даже искусственные имплантаты бедра с терапевтическим магнитным сердечником, заключенным в прочный титан.
Примечательно, что элементы не обязательно должны иметь форму стержней или столбцов.
«Пример, который мы показали в нашей работе, — это структуры, в которых два материала расположены радиально. [Но] мы в состоянии воплотить дизайн любой модели, который технически можно напечатать в 3D», — уверяют исследователи.