3D-printning kan nemt fremstille metaldele med komplekse strukturer og letvægts egenskaber, hvilket er meget attraktivt for næste generations high-end-udstyr såsom fly og rumfartøjer, der søger vægtreduktion og integration. Metaldele fremstillet ved 3D-printning har dog generelt en alvorlig svaghed – dårlig udmattelsesbestandighed, hvilket betyder, at de er tilbøjelige til udmattelsesrevner under cyklisk belastning og dermed alvorligt begrænser deres centrale anvendelser. For nylig har et team under ledelse af forskerne Zhang Zhefeng og Zhang Zhenjun fra Institutet for Metalundersøgelser, Kinesiske Videnskabsakademi (IMR, CAS), udviklet en ny efterbehandlingsteknologi til 3D-printning. Titanlegeringsmaterialet, der fremstilles ved denne NAMP-teknologi, viser uset udmattelsesbestandighed under forskellige spændingsforhold, og dets samlede udmattelsesegenskaber overgår alle kendte metalmaterialer, hvilket fjerner en stor hindring for anvendelsen af 3D-printningsteknologi inden for præcisions- og fremkantteknologiområder. De relevante forskningsresultater er blevet offentliggjort i tidsskriftet Science Advances.
I begyndelsen af 2024 udviklede teamet en ny NAMP-proces, der kan præcist styre materialets indre struktur og fejl. Ti-6Al-4V, en af de mest almindeligt anvendte titanlegeringer fremstillet ved denne proces, kan eliminere både mikroporer og grove mikrostrukturer – begge er de primære årsager til udmattelse. Dette nye materiale satte verdensrekord for »specifik udmattelsesstyrke« under »træk-træk«-spændingsforhold.
Dog udsættes reelle dele, såsom flymotorblad og landingsudstyr, for ekstremt komplekse spændingstilstande, herunder ikke kun «træk-træk», men også «træk-kompression»-scenarier, hvilket betyder, at spændingsforholdet er variabelt. Forskellige spændingsforhold kan udløse forskellige skade-mekanismer i materialet. Mikrostrukturerne i traditionelle titanlegeringer har ofte begrænsninger – de yder godt kun under bestemte, specifikke spændingsforhold, men kan yde dårligere, når spændingsforholdet ændres. Dette gør det meget svært at fremstille et materiale, der yder godt under alle driftsforhold.
Over for denne mere komplekse udfordring identificerede forskerteamet flere svage led i titanlegeringer, der er sårbare over for udmattelsesrevner, samt de spændingstilstande, hvori de opstår. Ved hjælp af NAMP-processen fremstillede de næsten porfrie 3D-printede strukturer, der kan optimere alle svage led samtidigt. Denne 3D-printede titanlegering har den karakteristiske egenskab at opretholde en høj udmattelsesstyrke under fuld spændingsforhold.
Eksperimentelle data viser, at udmattelsesstyrken for dette nye materiale i udmattelsestests under forskellige spændingsforhold ikke kun overgår alle titanlegeringer, men at dets "specifikke udmattelsesstyrke" også er omfattende bedre end alle metalmaterialer, hvilket sætter en ny verdensrekord.
EN