3D tisk může snadno vyrábět kovové součásti se složitou strukturou a lehkými vlastnostmi, což je velmi atraktivní pro vybavení nové generace vysoce výkonného zařízení, jako jsou letadla a vesmírné lodě, které usilují o redukci hmotnosti a integraci. Kovové součásti vyrobené metodou 3D tisku však obecně mají zásadní nedostatek – špatnou únavovou odolnost, což znamená, že jsou náchylné k únavovým trhlinám při cyklickém zatížení a tím závažně omezuje jejich klíčové aplikace. Nedávno tým vedený výzkumníky Zhangem Zhefengem a Zhangem Zhenjunem z Ústavu kovových výzkumů Čínské akademie věd (IMR, CAS) vyvinul novou technologii následného zpracování pro 3D tisk. Titanová slitina vyrobená touto technologií NAMP vykazuje bezprecedentní odolnost proti únavě za různých podmínek poměru napětí, přičemž její komplexní únavová výkonnost překračuje všechny dosud známé kovové materiály, čímž je odstraněna hlavní překážka pro uplatnění technologie 3D tisku v oblastech vysoce přesného a nejmodernějšího průmyslu. Příslušné výsledky výzkumu byly publikovány v časopise Science Advances.
Na začátku roku 2024 tým vynalezl nový proces NAMP, který umožňuje přesně řídit vnitřní strukturu a poruchy materiálů. Ti-6Al-4V, jedna z nejčastěji používaných titanových slitin vyrobených tímto procesem, dokáže eliminovat jak mikropóry, tak hrubé mikrostruktury – oba tyto faktory jsou hlavními původci únavy materiálu. Tento nový materiál překonal světový rekord v oblasti „specifické únavové pevnosti“ za podmínek napěťového poměru „tah-tah“.
Skutečné součásti používané v praxi, jako jsou lopatky letadlových motorů a podvozky, jsou vystaveny extrémně složitým podmínkám namáhání, které zahrnují nejen režim „tah-tah“, ale také režim „tah-tlak“, což znamená proměnný poměr napětí. Různé poměry napětí mohou vyvolat různé poškozující mechanismy uvnitř materiálu. Mikrostruktury tradičních titanových slitin často mají omezení – tyto slitiny se chovají dobře pouze při určitých konkrétních poměrech napětí, avšak jejich výkon může klesnout při změně poměru napětí. To ztěžuje výrobu materiálu, který by dobře fungoval za všech provozních podmínek.
Čelící tomuto složitějšímu problému identifikoval tým výzkumníků několik slabých míst v titanových slitinách, která jsou náchylná k únavovým trhlinám, a také napěťové režimy, za nichž k těmto trhlinám dochází. Pomocí procesu NAMP vyrobil tým téměř bezpórózní 3D tištěné konstrukce, které umožňují optimalizovat všechna slabá místa současně. Tato 3D tištěná titanová slitina má vlastnost udržovat vysokou únavovou pevnost za podmínek plného poměru napětí.
Experimentální data ukazují, že při únavových zkouškách za různých poměrů napětí překračuje únavová pevnost tohoto nového materiálu únavovou pevnost všech titanových slitin a jeho „měrná únavová pevnost“ je komplexně lepší než u všech kovových materiálů, čímž byl stanoven nový světový rekord.
EN