3D-druk kan maklik metaalonderdele met komplekse strukture en ligteienskappe vervaardig, wat baie aantreklik is vir volgende-generasie hoë-end toerusting soos vliegtuie en ruimtetuie wat gewigvermindering en integrasie nastreef. Metaalonderdele wat deur 3D-druk vervaardig word, het egter gewoonlik 'n kritieke gebrek—swak vermoeiingsprestasie, wat beteken dat hulle geneig is om onder sikliese belasting te vermoei en krake te ontwikkel, wat hul sleuteltoepassings ernstig beperk. Onlangs het 'n span onder leiding van navorsers Zhang Zhefeng en Zhang Zhenjun van die Instituut vir Metaalnavorsing, Chinese Akademie van Wetenskappe (IMR, CAS), 'n nuwe naverwerkings-tegnologie vir 3D-druk ontwikkel. Die titaanlegeringmateriaal wat deur hierdie NAMP-tegnologie vervaardig word, toon ongekende vermoeiingsweerstand onder verskeie spanningverhoudingsvoorwaardes, met sy algehele vermoeiingsprestasie wat al bekende metaalmaterials oortref, en sodoende 'n groot struikelblok vir die toepassing van 3D-druktegnologie in hoë-presisie- en grensverleggende velde verwyder. Die verwante navorsingsresultate is gepubliseer in Science Advances.
Vroeg in 2024 het die span 'n nuwe NAMP-proses bedink wat die interne struktuur en gebreke van materiale presies kan beheer. Ti-6Al-4V, een van die mees algemeen gebruikte titaanlegerings wat deur hierdie proses voorberei word, kan beide mikropore en grof mikrostrukture uit die weg ruim—albei is die hoofoorsake van vermoeidheid. Hierdie nuwe materiaal het die wêreldrekord vir "spesifieke vermoeidheidssterkte" onder "trek-trek"-spanningsverhoudingsomstandighede gebreek.
Egter word werklike onderdele soos vliegtuigmotorblaaie en landingsgestelle aan baie komplekse spanningstoestande onderwerp, wat nie net 'spanning-spanning'-nie maar ook 'spanning-samepersing'-situasies insluit, wat beteken dat die spanningverhouding veranderlik is. Verskillende spanningverhoudings kan verskillende beskadigingsmeganismes binne die materiaal aktiveer. Die mikrostrukture van tradisionele titaanlegerings het dikwels beperkings—hulle presteer slegs goed onder sekere spesifieke spanningverhoudings, maar kan swak presteer wanneer die spanningverhouding verander. Dit maak dit baie moeilik om 'n materiaal te vervaardig wat onder alle werkomstandighede goed presteer.
Gesig met hierdie meer komplekse uitdaging, het die navorsingspan verskeie swak skakels in titaanlegerings geïdentifiseer wat aan vermoeiingsbreuke onderhewig is, sowel as die spanningstowwe waaronder hulle voorkom. Deur die NAMP-proses te gebruik, het hulle byna porievrye 3D-gedrukte strukture vervaardig wat al die swak skakels gelyktydig kan optimaliseer. Hierdie 3D-gedrukte titaanlegering besit die eienskap om hoë vermoeiingssterkte onder volle spanningverhoudingsvoorwaardes te behou.
Eksperimentele data toon dat die vermoeiingssterkte van hierdie nuwe materiaal in vermoeiingstoetse onder verskillende spanningverhoudings nie net dié van alle titaanlegerings oortref nie, maar dat sy "spesifieke vermoeiingssterkte" ook algeheel beter is as dié van alle metaalmateriale, wat 'n nuwe wêreldrekord vestig.
EN