Saintis Hong Kong Membangunkan Pencetakan 3D Miniatur Untuk Mencipta Aloi Titanium Super Kuat

Satu kajian yang diketuai oleh saintis di City University of Hong Kong menggunakan pembuatan bahan tambahan (biasanya dirujuk sebagai percetakan 3D) untuk berjaya membangunkan aloi berasaskan titanium yang sangat kuat, kemuluran tinggi dan sangat ringan. Penemuan mereka membuka cara baharu untuk mereka bentuk aloi dengan struktur dan sifat yang belum pernah berlaku sebelum ini untuk pelbagai aplikasi struktur.

Percetakan 3D: lebih daripada sekadar teknologi pengacuan

Kebanyakan orang berpendapat bahawa percetakan 3D adalah teknologi revolusioner yang boleh menghasilkan bahagian mesin berbentuk kompleks dalam satu langkah. "Bagaimanapun, kami telah mendedahkan potensi pentingnya dalam mereka bentuk bahan, bukannya hanya mereka bentuk angka geometri. Ahli metalurgi cenderung percaya bahawa kekurangan keseragaman dalam komposisi aloi adalah tidak diingini kerana ia boleh membawa kepada sifat yang tidak diingini seperti kerapuhan. Dalam proses pembuatan aditif , bagaimana untuk menghapuskan ketidaksamaan dalam proses penyejukan pantas adalah salah satu isu utama.

Reka bentuk struktur mikro yang unik

"Ciri-ciri unik pembuatan aditif memberikan kami kebebasan yang lebih besar dalam mereka bentuk mikrostruktur," jelas Dr. Zhang, yang juga pengarang pertama kertas kerja ini. "Secara khusus, kami telah membangunkan kaedah penghomogenan separa yang menggunakan teknologi pencetakan 3D untuk menghasilkan aloi dengan kecerunan kepekatan tahap mikron, yang tidak boleh dicapai oleh mana-mana kaedah pembuatan bahan tradisional."

Kaedah yang mereka cadangkan termasuk menggunakan pancaran laser terfokus untuk mencairkan dan mencampurkan dua serbuk aloi dan serbuk keluli tahan karat yang berbeza. Dengan mengawal parameter seperti kuasa laser dan kelajuan pengimbasan semasa proses pencetakan 3D, pasukan itu berjaya mencipta komposisi unsur yang tidak seragam dalam aloi baharu dengan cara terkawal.

(Peta orientasi bijirin bercetak 3D aloi titanium)

Profesor Liu berkata: Sebagai tambahan kepada penggunaan pembuatan bahan tambahan, komposisi dua campuran serbuk adalah satu lagi kunci untuk mencipta struktur mikro seperti lava metastabil tinggi yang belum pernah berlaku sebelum ini dalam aloi baharu. Struktur mikro unik ini membawa sifat mekanikal tertinggi, menjadikan aloi itu sangat lasak dan ringan. Keputusan eksperimen menunjukkan bahawa aloi titanium baru mempunyai sifat mekanikal yang sangat baik.

Aloi baharu: 40% lebih ringan, kekuatan super

Secara umumnya, jisim keluli tahan karat ialah 7.9 gram setiap sentimeter padu, manakala jisim aloi baharu hanya 4.5 gram setiap sentimeter padu, iaitu kira-kira 40% lebih ringan. Dalam eksperimen mereka, aloi titanium dengan struktur seperti lava mempamerkan kekuatan tegangan tinggi ~1.3 gigapascal, dengan pemanjangan seragam kira-kira 9%. Ia juga mempunyai keupayaan pengerasan kerja yang sangat baik melebihi 300MPa, yang memastikan margin keselamatan yang besar sebelum patah, yang sangat berguna dalam aplikasi struktur.

Ciri-ciri cemerlang ini mempunyai prospek aplikasi struktur yang baik dalam pelbagai situasi, seperti industri aeroangkasa, automotif, kimia dan perubatan. Sebagai pasukan pertama yang menggunakan teknologi percetakan 3D untuk membangunkan aloi baharu dengan struktur mikro dan sifat yang unik, kami akan terus menggunakan konsep reka bentuk ini pada sistem aloi yang berbeza dan seterusnya meneroka sifat aloi baharu yang lain.