η τρισδιάστατη εκτύπωση μπορεί να παράγει εύκολα μεταλλικά εξαρτήματα με πολύπλοκες δομές και ελαφριά χαρακτηριστικά, γεγονός που την καθιστά ιδιαίτερα ελκυστική για τον εξοπλισμό υψηλής τεχνολογίας της επόμενης γενιάς, όπως αεροσκάφη και διαστημόπλοια, τα οποία επιδιώκουν τη μείωση του βάρους και την ολοκλήρωση. Ωστόσο, τα μεταλλικά εξαρτήματα που παράγονται με τρισδιάστατη εκτύπωση παρουσιάζουν συνήθως ένα σοβαρό μειονέκτημα — κακή αντοχή στην κόπωση, δηλαδή τείνουν να παρουσιάζουν ρωγμές κόπωσης υπό κυκλική φόρτιση, περιορίζοντας σοβαρά τις κρίσιμες εφαρμογές τους. Πρόσφατα, μια ομάδα ερευνητών υπό την ηγεσία των ερευνητών Zhang Zhefeng και Zhang Zhenjun του Ινστιτούτου Μεταλλουργικής Έρευνας της Κινεζικής Ακαδημίας Επιστημών (IMR, CAS) ανέπτυξε μια νέα τεχνολογία μετεπεξεργασίας για την τρισδιάστατη εκτύπωση. Το υλικό κράματος τιτανίου που παράγεται μέσω αυτής της τεχνολογίας NAMP παρουσιάζει ανεπίτρεπτη αντοχή στην κόπωση υπό διάφορες συνθήκες λόγου τάσης, ενώ η συνολική του απόδοση σε κόπωση υπερβαίνει όλα τα γνωστά μεταλλικά υλικά, απομακρύνοντας έτσι ένα σημαντικό εμπόδιο για την εφαρμογή της τεχνολογίας τρισδιάστατης εκτύπωσης σε τομείς υψηλής ακρίβειας και πρωτοποριακούς. Τα σχετικά αποτελέσματα της έρευνας δημοσιεύθηκαν στο περιοδικό Science Advances.
Στις αρχές του 2024, η ομάδα επινόησε μια νέα διαδικασία NAMP που μπορεί να ελέγχει με ακρίβεια την εσωτερική δομή και τα ελαττώματα των υλικών. Το Ti-6Al-4V, ένα από τα πιο συχνά χρησιμοποιούμενα κράματα τιτανίου που παράγονται με αυτήν τη διαδικασία, μπορεί να εξαλείψει τόσο τις μικροπόρους όσο και τις χοντρές μικροδομές—και τα δύο είναι οι κύριοι υπαίτιοι της κόπωσης. Αυτό το νέο υλικό έσπασε το παγκόσμιο ρεκόρ για τη «ειδική αντοχή σε κόπωση» υπό συνθήκες λόγου τάσης «εφελκυσμός-εφελκυσμός».
Ωστόσο, πραγματικά εξαρτήματα, όπως οι πτερύγες κινητήρων αεροσκαφών και τα συστήματα προσγείωσης, υφίστανται εξαιρετικά περίπλοκες συνθήκες τάσης, οι οποίες περιλαμβάνουν όχι μόνο καταστάσεις «εφελκυσμού-εφελκυσμού», αλλά και καταστάσεις «εφελκυσμού-θλίψεως», δηλαδή το λόγος τάσης είναι μεταβλητός. Διαφορετικοί λόγοι τάσης μπορούν να προκαλέσουν διαφορετικούς μηχανισμούς καταστροφής εντός του υλικού. Οι μικροδομές των παραδοσιακών κραμάτων τιτανίου συχνά παρουσιάζουν περιορισμούς — εμφανίζουν καλή απόδοση μόνο υπό συγκεκριμένους, ορισμένους λόγους τάσης, ενώ μπορεί να εμφανίζουν χαμηλότερη απόδοση όταν ο λόγος τάσης αλλάζει. Αυτό καθιστά εξαιρετικά δύσκολη την κατασκευή ενός υλικού που θα εμφανίζει καλή απόδοση υπό όλες τις συνθήκες λειτουργίας.
Αντιμετωπίζοντας αυτήν την πιο περίπλοκη πρόκληση, η ερευνητική ομάδα εντόπισε διάφορους αδύναμους κρίκους στα κράματα τιτανίου που είναι ευάλωτοι σε ρωγμές από κόπωση, καθώς και τις καταστάσεις τάσης υπό τις οποίες προκύπτουν. Χρησιμοποιώντας τη διαδικασία NAMP, παρήγαγαν τρισδιάστατες εκτυπωμένες δομές σχεδόν χωρίς πόρους, οι οποίες μπορούν να βελτιστοποιούν όλους τους αδύναμους κρίκους ταυτόχρονα. Αυτό το τρισδιάστατα εκτυπωμένο κράμα τιτανίου διαθέτει την ιδιότητα να διατηρεί υψηλή αντοχή σε κόπωση υπό συνθήκες πλήρους λόγου τάσης.
Τα πειραματικά δεδομένα δείχνουν ότι, σε δοκιμές κόπωσης υπό διαφορετικούς λόγους τάσης, η αντοχή σε κόπωση αυτού του νέου υλικού υπερβαίνει όχι μόνο αυτήν όλων των κραμάτων τιτανίου, αλλά και η «ειδική αντοχή του σε κόπωση» είναι συνολικά ανώτερη από αυτήν όλων των μεταλλικών υλικών, καθιερώνοντας ένα νέο παγκόσμιο ρεκόρ.
EN