3D-басып шығару технологиясы ұшақтар мен ғарыштық аппараттар сияқты салмағын азайту мен интеграциялауды қажет ететін келешектегі буынның жоғары сапалы жабдықтары үшін күрделі құрылымды және жеңіл салмақты металл бөлшектерді оңай өндіруге мүмкіндік береді. Дегенмен, 3D-басып шығару арқылы жасалған металл бөлшектердің жалпы ақауы — төмен усталық тұрақтылығы, яғни циклдық жүктеме әсерінен олар усталық трещиналарына ұшырайды, бұл олардың негізгі қолданыстарын қатты шектейді. Жақында Қытайдың Ғылыми Академиясының Металл зерттеу институты (ҚҒА МЗИ) ғалымдары Чжан Жэфэн мен Чжан Чжэньцзюнь басқарған топ 3D-басып шығару үшін жаңа кейінгі өңдеу технологиясын әзірledі. Бұл NAMP технологиясы арқылы алынған титан қорытпасы әртүрлі кернеу қатынастарында тәжірибеде көрілмеген усталық тұрақтылығын көрсетті, оның жалпы усталық сипаттамалары барлық белгілі металл материалдарынан асып түседі; сондықтан 3D-басып шығару технологиясын жоғары дәлдікті және ең соңғы қатардағы салаларда қолдануға кедергі болып тұрған негізгі кедергі жойылды. Сәйкес зерттеу нәтижелері Science Advances журналында жарияланды.
2024 жылдың басында команда материалдардың ішкі құрылымы мен ақауларын дәл реттеуге мүмкіндік беретін жаңа NAMP үдерісін ойлап тапты. Бұл үдеріспен дайындалған ең көп қолданылатын титан қорытпаларының бірі — Ti-6Al-4V қорытпасы микропоралар мен ірі микроІшкі құрылымдардың екеуін де жоя алады — ал бұлар әдетте усталықтың негізгі себептері болып табылады. Бұл жаңа материал «созылу-созылу» кернеу қатынасы шарттарында «меншікті усталық беріктігі» бойынша әлемдік рекордты жаңартты.
Дегенмен, әуе кемесінің қозғалтқышының пышақтары мен тірек құрылғылары сияқты нақты әлемдегі бөлшектер өте күрделі кернеу жағдайларына ұшырайды, оларға тек «созылу-созылу» ғана емес, сонымен қатар «созылу-сығылу» сценарийлері де жатады, яғни кернеу қатынасы айнымалы. Әртүрлі кернеу қатынастары материалдың ішінде әртүрлі зақымдану механизмдерін тудыруы мүмкін. Дәстүрлі титан қорытпаларының микрқұрылымдары жиі шектеулерге ие болады — олар тек белгілі бір нақты кернеу қатынастарында ғана жақсы көрсеткіш көрсетеді, ал кернеу қатынасы өзгерген кезде тиімсіз болуы мүмкін. Бұл барлық жұмыс жағдайларында жақсы көрсеткіш көрсететін материалды шығаруды өте қиын етеді.
Бұл күрделірек қиындыққа тап болған кезде зерттеу тобы титан қорытпаларындағы усталуға ұшырайтын және оларда қандай кернеу режимдерінде пайда болатын әлсіз буындарды анықтады. NAMP үдерісін қолдана отырып, олар барлық әлсіз буындарды бір мезгілде оптималдандыруға мүмкіндік беретін, шамамен кеуектіліксіз 3D басылған құрылымдар алды. Бұл 3D басылған титан қорытпасы толық кернеу қатынасы шарттарында жоғары усталу беріктігін сақтау қасиетіне ие.
Эксперименттік деректер әртүрлі кернеу қатынастарындағы усталу сынақтарында бұл жаңа материалдың усталу беріктігі барлық титан қорытпаларының усталу беріктігінен асып түсетінін көрсетеді, сонымен қатар оның «меншікті усталу беріктігі» барлық металдық материалдарға қарағанда жалпы тұрғыдан жоғары, бұл әлемдегі жаңа рекорд орнатты.
EN