3D печатът лесно може да произвежда метални части със сложни структури и леки свойства, което е изключително привлекателно за високотехнологичната техника от следващото поколение, като например самолети и космически кораби, чиято разработка цели намаляване на теглото и интеграция. Въпреки това металните части, произведени чрез 3D печат, обикновено имат един критичен недостатък — слаба уморостойкост, т.е. те са склонни към уморни пукнатини при циклично натоварване, което сериозно ограничава тяхното използване в ключови приложения. Наскоро екип, ръководен от изследователите Чжан Чжофен и Чжан Чженджун от Института по металознание към Китайската академия на науките (IMR, CAS), е разработил нова технология за последваща обработка при 3D печат. Титановият сплав, произведен чрез тази технология NAMP, проявява безпрецедентна уморостойкост при различни условия на коефициент на напрежение, като неговата комплексна уморостойкост надминава всички известни метални материали, което отстранява основното препятствие за прилагането на технологията за 3D печат в области, изискващи висока прецизност и предоватност. Свързаните научни резултати са публикувани в журнала Science Advances.
През началото на 2024 г. екипът измисли нов процес NAMP, който позволява прецизно контролиране на вътрешната структура и дефектите на материалите. Ti-6Al-4V, един от най-често използваните титанови сплави, произведени по този процес, може да елиминира както микропорите, така и грубите микроструктури — и двете са основните причини за умора. Този нов материал подобри световния рекорд по „специфична уморителна якост“ при условия на „напрежение-напрежение“.
Обаче реалните части, като например турбинни лопатки на авиационни двигатели и шасита, са подложени на изключително сложни условия на напрежение, включващи не само „опън-опън“, но и „опън-натиск“ сценарии, което означава, че коефициентът на напрежение е променлив. Различните коефициенти на напрежение могат да предизвикат различни механизми на повреждение вътре в материала. Микроструктурите на традиционните титанови сплави често имат ограничения — те показват добра производителност само при определени, специфични коефициенти на напрежение, но могат да имат по-ниска производителност при промяна на коефициента на напрежение. Това прави изключително трудно създаването на материал, който да работи добре при всички експлоатационни условия.
Предизвикани от тази по-сложна задача, изследователският екип идентифицира няколко слаби връзки в титановите сплави, които са склонни към умора и пукане, както и режимите на напрежение, при които те възникват. С използването на процеса NAMP те произведоха почти безпорести 3D-отпечатани структури, които могат едновременно да оптимизират всички слаби връзки. Тази 3D-отпечатана титанова сплав притежава характеристиката да запазва висока уморна якост при условия на пълен коефициент на напрежение.
Експерименталните данни показват, че при уморни изпитания при различни коефициенти на напрежение уморната якост на този нов материал не само надвишава тази на всички титанови сплави, но и неговата „специфична уморна якост“ е комплексно по-висока от тази на всички метални материали, поставяйки нов световен рекорд.
EN