4 индивидуальных материала, созданных для аддитивного производства

С продолжающимся ростом аддитивного производства компании и исследователи придумали различные вспомогательные технологии, надстройки и средства оптимизации печати. Однако другим способом достижения оптимизированного объекта является оптимизация используемого материала. Это привело к созданию различных материалов для 3D-печати, каждый из которых демонстрирует идеальные свойства, достигаемые за счет точного контроля.

Некоторые из этих материалов были разработаны специально для 3D-печати или вместе с ней и, таким образом, представляют технологию с новыми, новыми характеристиками и функциями. Вот некоторые из наиболее многообещающих материалов:

Скальмаллой

Фото:Бимлер

Рекламируемый как первый оригинальный материал, специально разработанный для 3D-печати, эта смесь скандия (SC), алюминия (AL) и магния (M) объединена в единый сплав. Этот материал был первоначально разработан и запатентован APWorks, дочерней компанией группы Airbus. Металлический печатный материал обладает некоторыми уникальными свойствами, такими как повышенная прочность (в основном благодаря наличию скандия).

По прочности он превосходит традиционный алюминий и многие его производные сплавы. Он даже прочнее титана в сочетании с легким весом и устойчивостью к коррозии. Конечно, материал может быть дорогим в производстве, потому что он содержит скандий, который является редким металлом, который также дорого извлекать из руд. Цены на скандий могут колебаться от 4000 до 20 000 долларов США за килограмм, при этом основные места добычи находятся в Китае и России.

Scalmalloy наиболее полезен для высокопрочных и долговечных деталей. Вот почему он становится популярным в автомобильной промышленности и робототехнике, часто являясь частью теплообменников. Как можно было бы предположить, Scalmalloy также играет ключевую роль в отрасли своего происхождения:аэрокосмической.

Материалы NewGen SLM

Фото:Технический университет Граца        

Этот металл был предоставлен австрийским Техническим университетом Граца, применив смесь нитрида кремния для разработки нержавеющей стали, предназначенной для металла-AM. Называемые материалами NewGen SLM, они обеспечивают более контролируемые реакции в процессе формования, что приводит к улучшению качества поверхности и минимизации потребности в опорах. Нержавеющая сталь 316L — один из наиболее распространенных материалов, который используется во многих отраслях промышленности по всему миру, а версия NewGen обладает улучшенными характеристиками специально для печати с помощью селективного лазерного плавления.

Исследователи протестировали различные версии смеси модифицированной нержавеющей стали с несколькими смесями. При тестировании других материалов на механические свойства и пористость они пришли к выводу, что искажения при спекании можно уменьшить за счет строгого контроля содержания в нем нитрида кремния и бора. Они опубликовали эти выводы в научной статье «Улучшение размерной стабильности и механических свойств спекаемых материалов AISI 316L + B с помощью добавления Si3N4».

Поскольку бориды увеличивают плотность агломерата, они плохо сливаются с материалами на основе железа. В результате вокруг частицы могут образовываться нежелательные слои. Нитрид кремния смягчает этот фактор и обеспечивает лучшую отделку поверхности. Исследователи модифицировали металлический порошок не только для улучшения механических и конечных свойств, но и для того, чтобы для материалов NewGen SLM требовалось меньше поддерживающих структур. При этом модифицированная нержавеющая сталь может быть даже легче, чем обычные металлические штампы.

В настоящее время исследователи все еще занимаются коммерциализацией этого конкретного материала. Они также расширяют это направление исследований, чтобы проверить другие подобные материалы, которые могут принести пользу аналогичным образом. Их работа получила уведомление, и они работают с дополнительной программой стипендий, чтобы создать надлежащий стартап.

Высокопрочный алюминиевый сплав, напечатанный на 3D-принтере

https://www.youtube.com/watch?v=8YwlenA4bdg

Изобретенный HRL Laboratories, этот конкретный штамм алюминия был недавно коммерциализирован и зарегистрирован Алюминиевой ассоциацией. Высокопрочный алюминий, полученный с помощью аддитивных технологий, также ознаменовал собой первую регистрацию такого сплава Ассоциацией алюминиевых сплавов, получив регистрационный номер 7A77.50 для алюминиевого порошка и номер 7A77.60L для самого сплава с печатью.

Этот материал был особенным еще и потому, что еще в феврале 2019 года он был отмечен в новой системе регистрации аддитивных сплавов ассоциации. Это стало прямым результатом появления различных новых материалов благодаря возможностям аддитивного производства. Это был первый в своем роде сплав, пригодный для печати.

С химической точки зрения сплав был разработан с использованием технологии функционализации наночастиц HRL. В этом конкретном материале используются наночастицы на основе циркония, однако реальное преимущество этого способа производства материала заключается в том, что его можно применять к большому количеству других металлов и сплавов, которые часто считаются непригодными для печати. В результате HRL также изучает другие способы внедрения новых материалов в мир 3D-печати.

Кристаллография, метаматериалы и самая жесткая пластиковая структура в мире

Фото предоставлено ETH Zurich/MIT

Новые аранжировки материалов не всегда связаны с открытием нового материала или изменением химического состава материала, чтобы сделать его пригодным для печати, как показано в предыдущих примерах. Иногда новый способ использования существующих материалов может дать нечто экстраординарное. Так было в случае с различными материальными структурами, которые содержали материалы, структурированные таким образом, что они давали потрясающие результаты.

В качестве примера можно привести совместный проект Массачусетского технологического института и ETH Zurich. Исследователи создали материал с максимально возможным отношением жесткости к весу, изменив структуру пластика в наномасштабе. Это привело к тому, что материал был очень жестким, а также уравновешивал эту жесткость относительно небольшим весом. По сути, они разработали максимально жесткий материал, достаточно близкий к теоретическим ограничениям, которые допускает физика, просто изменив способы его микроструктуры.

Такое соотношение жесткости к весу имеет решающее значение для высокопрочных медицинских имплантатов, самолетов и гоночных автомобилей. Как упоминалось ранее, основная идея заключается не столько в используемом материале, сколько в конструкции на микроуровне. Используя замысловатые схемы ферм, поясов и арок, исследователи максимально увеличили силу и выносливость.

Точно так же исследователи из Шеффилдского университета и Имперского колледжа исследовали использование новых микроструктур в отпечатках для повышения долговечности, надеясь создать новые способы печати сплавами. В их работе по использованию кристаллографических метаматериалов использовалось компьютерное атомное моделирование для создания этих никогда ранее невиданных структур. Эти кристаллические структуры, как они их описали, приводят к тому, что отпечатки выходят без границ зерен, будучи непрерывными и непрерывными. Это повышает устойчивость к повреждениям, прочность и ударопрочность торцевой печати.

Такие материалы имеют периодическое расположение узлов и распорок, что делает их легкими, демонстрируя при этом сочетание свойств, которых нет у обычных твердых тел. Используя механизмы отверждения кристаллических материалов для разработки прочных и устойчивых к повреждениям материалов, они создали пригодные для печати материалы, с которыми субтрактивное производство не могло справиться.

Похожая идея пронизывает область 4D-печати, где микроструктуры настолько тонко сбалансированы, что превращают обычные материалы в роботов или функциональные предметы с различным расположением. 3D-печать часто дает возможность обрабатывать мельчайшие детали до тех пор, пока они не будут служить намеченной цели, и поощряет создание новых форм в мире производства и исследований.