מדענים מהונג קונג מפתחים הדפסת תלת מימד מיניאטורית ליצירת סגסוגות טיטניום חזקות במיוחד

מחקר בראשות מדענים מאוניברסיטת סיטי בהונג קונג השתמש בייצור תוסף (המכונה בדרך כלל הדפסת תלת מימד) כדי לפתח בהצלחה סגסוגת מבוססת טיטניום סופר חזקה, בעלת משיכות גבוהה וסופר קלה. הגילוי שלהם פתח דרך חדשה לתכנן סגסוגות עם מבנים ומאפיינים חסרי תקדים עבור יישומים מבניים שונים.

הדפסת תלת מימד: יותר מסתם טכנולוגיית דפוס

רוב האנשים חושבים שהדפסת תלת מימד היא טכנולוגיה מהפכנית שיכולה לייצר חלקי מכונות מורכבים בצעד אחד. "עם זאת, חשפנו את הפוטנציאל החשוב שלו בעיצוב חומרים, במקום פשוט בעיצוב דמויות גיאומטריות. מטלורגים נוטים להאמין שחוסר האחידות בהרכב הסגסוגת אינו רצוי מכיוון שהוא יכול להוביל לתכונות לא רצויות כמו שבירות. בתהליך הייצור התוסף , כיצד לבטל את חוסר האחידות בתהליך הקירור המהיר הוא אחד הנושאים המרכזיים.

תכנן מבנה מיקרו ייחודי

"המאפיינים הייחודיים של ייצור תוסף מספקים לנו חופש גדול יותר בתכנון מיקרו-מבנים", הסביר ד"ר ג'אנג, שהוא גם המחבר הראשון של מאמר זה. "באופן ספציפי, פיתחנו שיטת הומוגניזציה חלקית המשתמשת בטכנולוגיית הדפסה תלת מימדית לייצור סגסוגות עם שיפוע ריכוז ברמת מיקרון, שלא ניתן להשיג בשום שיטת ייצור חומר מסורתית."

השיטה שהם הציעו כוללת שימוש בקרן לייזר ממוקדת להמסה וערבוב של שתי אבקות סגסוגת שונות ואבקות נירוסטה. על ידי שליטה בפרמטרים כמו עוצמת הלייזר ומהירות הסריקה במהלך תהליך ההדפסה התלת מימדית, הצליח הצוות ליצור הרכב לא אחיד של אלמנטים בסגסוגת החדשה בצורה מבוקרת.

(מפת אוריינטציה של גרגרים מודפסת בתלת מימד של סגסוגת טיטניום)

פרופסור ליו אמר: בנוסף לשימוש בייצור תוסף, ההרכב של שתי תערובות האבקה הוא מפתח נוסף ליצירת מיקרו-מבנה דמוי לבה חסר תקדים בעל רמת יציבות גבוהה בסגסוגת החדשה. מבנים מיקרו ייחודיים אלה מביאים את התכונות המכניות הגבוהות ביותר, מה שהופך את הסגסוגת לקשיחה מאוד וקלה במשקל. תוצאות הניסוי מראות שלסגסוגת הטיטניום החדשה יש תכונות מכניות מצוינות.

סגסוגת חדשה: 40% קלה יותר, חוזק סופר

באופן כללי, מסת הנירוסטה היא 7.9 גרם לסנטימטר מעוקב, בעוד המסה של הסגסוגת החדשה היא רק 4.5 גרם לסנטימטר מעוקב, שזה קל יותר בכ-40%. בניסויים שלהם, סגסוגת הטיטניום בעלת מבנה דמוי לבה הפגינה חוזק מתיחה גבוה של ~1.3 ג'יגה-פסקל, עם התארכות אחידה של כ-9%. יש לו גם יכולת התקשות עבודה מעולה של יותר מ-300MPa, מה שמבטיח מרווח בטיחות עצום לפני שבר, וזה שימושי מאוד ביישומים מבניים.

למאפיינים המצוינים הללו יש סיכויי יישום מבניים טובים במצבים שונים, כגון תעשיות תעופה וחלל, רכב, כימיקלים ורפואה. כצוות הראשון שהשתמש בטכנולוגיית הדפסה תלת מימדית לפיתוח סגסוגת חדשה עם מבנה מיקרו ומאפיינים ייחודיים, נמשיך ליישם את תפיסת העיצוב הזו על מערכות סגסוגת שונות ונחקור עוד תכונות אחרות של הסגסוגת החדשה.