חוקרים מפתחים סוג חדש של סגסוגות טיטניום בנות קיימא תוך שימוש בהדפסת 3D של השקעת אנרגיה מכוונת לייזר – תעשיית ההדפסה בתלת מימד

פרסומת
X-ray_Promo1


חוקרים מ אוניברסיטת RMIT וה אוניברסיטת סידני פיתחו סוג חדש של סגסוגות טיטניום חזקות, רקע, מתכווננות ובעלות קיימא. מחקר זה נערך בשיתוף עם האוניברסיטה הפוליטכנית של הונג קונג ומפתח תוכנה שוודי של משושה חטיבת מודיעין ייצור.

פרסומת

סגסוגות טיטניום הן חומרים שימושיים להפליא, והן מוערכות בזכות החוזק, המשקל הנמוך והעמידות בפני קורוזיה וטמפרטורות גבוהות. עם זאת, סגסוגות טיטניום המיוצרות באופן מסורתי הן יקרות לייצור.

מחקר חדש זה אמור להציע פוטנציאל לסוג חדש של סגסוגות טיטניום בנות קיימא וזולות בעלות ביצועים גבוהים לשימוש ביישומי תעופה וחלל, ביו-רפואה, הנדסה כימית, חלל ואנרגיה. הצוות שילב עיצוב תהליך סגסוגת והדפסה תלת-ממדית כדי לפתח את סגסוגות הטיטניום החדשות שלהם, המודפסות בתלת-ממד מאבקות מתכת באמצעות השקעת אנרגיה מכוונת בלייזר (L-DED).

לדברי החוקר הראשי פרופסור מא צ'יאן מ-RMIT, צוות המחקר הטמיע כלכלה מעגלית בתכנון שלהם. ניתן לייצר סגסוגות חדשות אלה ממוצרי פסולת וחומרים בדרגה נמוכה, ללא צורך בתוספים יקרים כגון ונדיום ואלומיניום. במקום זאת משתמשים בחמצן ובברזל, שהם גם זולים וגם בשפע.

"לשימוש חוזר בפסולת ובחומרים באיכות נמוכה יש פוטנציאל להוסיף ערך כלכלי ולהפחית את טביעת הרגל הפחמנית הגבוהה של תעשיית הטיטניום", הגיב צ'יאן.

המחבר הראשי ד"ר טינגטינג סונג מ-RMIT טען כי הצוות "בתחילתו של מסע גדול, מההוכחה של המושגים החדשים שלנו כאן, לעבר יישומים תעשייתיים".

"יש סיבה להתרגש – הדפסת תלת מימד מציעה דרך שונה מהותית לייצור סגסוגות חדשות ויש לה יתרונות מובהקים על פני גישות מסורתיות. ישנה הזדמנות פוטנציאלית לתעשייה לעשות שימוש חוזר בסגסוגת ספוג טיטניום-חמצן-ברזל, אבקות טיטניום ממוחזרות "מחוץ למפרט" או אבקות טיטניום העשויות מטיטניום גרוטאות גבוהות חמצן תוך שימוש בגישה שלנו", הוסיף סונג.

מאמר המחקר של הצוות שכותרתו "סגסוגות טיטניום-חמצן-ברזל חזקות ומגמישות על ידי ייצור תוסף", פורסם בכתב העת טֶבַע.

Tingting Song (משמאל) ומא צ'יאן. תמונה דרך RMIT.

פיתוח סגסוגות טיטניום מודפסות בתלת מימד חדשות

הסגסוגות של הצוות מורכבות מתערובת של שתי צורות של גבישי טיטניום, פאזה אלפא-טיטניום ופאזה בטא-טיטניום, הנקראת Ti-6Al-4V. כל צורה מתאימה לסידור מסוים של אטומים.

סגסוגת הטיטניום הנפוצה ביותר, Ti-6Al-4V, הופקה באופן מסורתי באמצעות 6% אלומיניום ו-4% ונדיום, ומהווה למעלה מ-50% משוק הטיטניום כולו. מחקר חדש זה מחליף את האלומיניום והטיטניום בחמצן וברזל. בנוסף להיותם זמינים וזולים, אלמנטים אלו הם שניים מהמייצבים והמחזקים החזקים ביותר של שלבי אלפא וביטא טיטניום.

באופן מסורתי, סגסוגות טיטניום המשלבות רמות גבוהות של טיטניום וחמצן התמודדו עם אתגרים שהפריעו להתפתחותן ואימוץן.

"אתגר אחד הוא שחמצן – המתואר בשפה הרווחת כ'קריפטונייט לטיטניום' – יכול להפוך את הטיטניום לשביר, והשני הוא שהוספת ברזל עלולה להוביל לפגמים חמורים בצורה של כתמים גדולים של בטא-טיטניום", אמר צ'יאן.

הדפסת תלת מימד L-DED, תהליך המשמש בדרך כלל לייצור חלקים גדולים ומורכבים, אפשרה לחוקרים להתגבר על האתגרים הללו.

שימוש ב-L-DED אפשר לצוות לכוון את התכונות המכניות של הסגסוגות. המדענים ייצרו גבישי טיטניום בגודל ננומטרי בתוך הסגסוגת, תוך שליטה קפדנית על התפלגות אטומי החמצן והברזל. זה הביא לכך שחלקים ספציפיים של הסגסוגת היו חזקים, ואחרים שהם רקיעים, מה שמבטיח שהחומר אינו שביר תחת מתח.

באמצעות מודול DED בתוכנית Simufact Welding של Hexagon, הצוות התלת-ממד הדפיס ובדק סדרה של תצורות אלה. לאחר בדיקה, החוקרים גילו שהסגסוגות שלהם יכולות להתחרות בכושר המשיכות והחוזק של סגסוגות טיטניום מסחריות אחרות.

"הגורם הקריטי הוא ההתפלגות הייחודית של אטומי חמצן וברזל בתוך ובין שלבי אלפא-טיטניום ובטא-טיטניום", הסביר פרופסור סיימון רינגר, חוקר מוביל מאוניברסיטת סידני.

"הנדסנו גרדיאנט ננומטרי של חמצן בשלב האלפא-טיטניום, הכולל מקטעי חמצן גבוהים שהם חזקים, ומקטעי חמצן נמוכים שהם רקיעים ומאפשרים לנו להפעיל שליטה על הקשר האטומי המקומי וכך להפחית את הפוטנציאל של שבירות."

מיקרו-מבנה בקנה מידה אטומי על פני ממשק בין-פאזי אלפא-ביתא מסגסוגת חדשה בתלת-ממד שהודפסה על ידי הצוות באמצעות השקעת אנרגיה מכוונת לייזר.  תמונה דרך Ma Qian Simon Ringer ועמיתיו.
מיקרו-מבנה בקנה מידה אטומי על פני ממשק בין-פאזי אלפא-ביתא מסגסוגת חדשה בתלת-ממד שהודפסה על ידי הצוות באמצעות השקעת אנרגיה מכוונת לייזר. תמונה דרך Ma Qian, סיימון רינגר ועמיתיו.

פיתוחים בסגסוגות להדפסת תלת מימד

אין זו הפעם הראשונה שבה נעשה שימוש בהדפסת תלת מימד בפיתוח סגסוגות מתכת. בשנה שעברה, חוקרים מ של אוניברסיטת RWTH Aachen הכיסא לייצור תוספים דיגיטליים (DAP) השתמש בהדפסה תלת-ממדית (EHLA) בהדפסה תלת-ממדית לפיתוח סגסוגות חדשות לאיחוי לייזר אבקת לייזר (PBF).

EHLA פותחה במקור בשנת 2017 כ Fraunhofer ILT's לקחת על עצמו בתצהיר אנרגיה מכוונת בנפח גבוה (DED). החקירה של RWTH השוותה את מאפייני התהליך של שתי טכנולוגיות ההדפסה, והניבה תוצאות מבטיחות בכל הנוגע להעברה של יכולות החומר שלהן. מהממצאים שלהם, צוות DAP הסיק שהוא יכול להכשיר את EHLA כפלטפורמת פיתוח סגסוגת מהירה עבור הדפסת תלת מימד PBF.

במקום אחר, נאס"א, מינהל האווירונאוטיקה והחלל הלאומי של ארה"ב, פיתחה רומן הדפסת תלת מימד מתכת סגסוגת לשימוש במערכות תעופה וחלל בעלות ביצועים גבוהים. החומר החדש הזה, הנקרא GRX-810, הוא דוגמה לסגסוגת מחוזקת בפיזור תחמוצת (ODS), מתכת המכילה חלקיקי תחמוצת ננומטריים. על פי הדיווחים סגסוגת זו חזקה ועמידה להפליא, מסוגלת לעמוד בטמפרטורות של מעל 1090°C (2000°F).

"חלקיקי התחמוצת הננומטריים מעבירים את יתרונות הביצועים המדהימים של סגסוגת זו", אמר דייל הופקינס, סגן מנהל הפרויקט של פרויקט הכלים והטכנולוגיות לשינויים של נאס"א.

הירשם ל- ניוזלטר תעשיית דפוס תלת מימד כדי להבטיח שאתה מתעדכן בחדשות האחרונות בנושא הדפסת תלת מימד. אתה יכול גם לעקוב אחרינו ב טוויטרכמו שלנו פייסבוק עמוד, והירשם ל- תעשיית הדפסת תלת מימד Youtube ערוץ כדי לגשת לתוכן בלעדי יותר.

האם אתה מעוניין לעבוד בתעשיית ייצור תוספים? לְבַקֵר עבודות הדפסה בתלת מימד כדי להציג מבחר של תפקידים זמינים ולהתחיל את הקריירה שלך.

התמונה המוצגת מציגה מבנה מיקרו בקנה מידה אטומי על פני ממשק אינטרפאזי אלפא-ביתא מסגסוגת חדשה בתלת-ממד שהודפסה על ידי הצוות באמצעות השקעת אנרגיה מכוונת לייזר. תמונה דרך Ma Qian Simon Ringer ועמיתיו.





קישור לכתבת המקור – 2023-07-10 21:37:02

Facebook
Twitter
LinkedIn
Telegram
WhatsApp
Email
פרסומת
MAGNEZIX מגנזיקס

עוד מתחומי האתר

בדוק את המבנה הפנטסטי הזה מבית היוצר ארנוב שארמה.שלום לתושבי הכספת, וחזרתי עם פרויקט שעון…