3D drukāšana var viegli ražot metāla detaļas ar sarežģītām struktūrām un vieglām īpašībām, kas ir ārkārtīgi pievilcīgi nākamās paaudzes augstas klases iekārtām, piemēram, lidmašīnām un kosmosa kuģiem, kuriem ir nepieciešama svara samazināšana un integrācija. Tomēr 3D drukāšanā izgatavotām metāla detaļām parasti ir būtisks trūkums — zema izturība pret atkārtotu slodzi, kas nozīmē, ka tās ir uzņēmīgas pret izturības plaisām cikliskas slodzes ietekmē, tādējādi stingri ierobežojot to galvenās lietojumprogrammas. Nesen pētnieku Čžana Žefena un Čžana Ženjuna vadīta komanda no Metālu pētījumu institūta, Ķīnas Zinātņu akadēmijas (IMR, CAS) izstrādāja jaunu 3D drukāšanas pēcapstrādes tehnoloģiju. Titanija sakausējuma materiāls, ko ražo šī NAMP tehnoloģija, parāda bezprecedentu izturību pret atkārtotu slodzi dažādos sprieguma attiecības apstākļos, un tā vispārējā izturība pret atkārtotu slodzi pārsniedz visus zināmos metāla materiālus, tādējādi novēršot būtisku šķērsli 3D drukāšanas tehnoloģijas pielietošanai augstas precizitātes un vadošajās jomās. Saistītie pētījumu rezultāti ir publicēti žurnālā Science Advances.
Agrā 2024. gadā komanda izgudroja jaunu NAMP procesu, kas ļauj precīzi kontrolēt materiālu iekšējo struktūru un defektus. Ti-6Al-4V, viens no visbiežāk izmantotajiem titāna sakausējumiem, ko sagatavo ar šo procesu, var novērst gan mikroporainību, gan rupju mikrostruktūru — abas šīs parādības ir galvenie noguruma cēloņi. Šis jaunais materiāls pārvarēja pasaules rekordu „specifiskajā noguruma izturībā” sprieguma attiecības apstākļos „stiepšana–stiepšana”.
Tomēr reālajā pasaulē esoši komponenti, piemēram, lidmašīnu dzinēju lāpstiņas un nolaižamās balstiekārtas, tiek pakļauti ļoti sarežģītiem sprieguma apstākļiem, kurus raksturo ne tikai „stiepšanas-stiepšanas”, bet arī „stiepšanas-saspiešanas” scenāriji, t. i., sprieguma attiecība ir mainīga. Dažādas sprieguma attiecības var izraisīt dažādus materiāla iekšējos bojājumu mehānismus. Tradicionālo titāna sakausējumu mikrostruktūrām bieži vien ir ierobežojumi — tās rāda labu veiktspēju tikai noteiktās konkrētās sprieguma attiecībās, bet, kad sprieguma attiecība mainās, to veiktspēja var būt zema. Tas padara ļoti grūtu materiāla ražošanu, kas varētu efektīvi darboties visos ekspluatācijas apstākļos.
Stādoties šai sarežģītākajai problēmai, pētnieciskā komanda identificēja vairākus titāna sakausējumu vājus posmus, kuri ir uzņēmīgi pret izturības plaisāšanos, kā arī sprieguma režīmus, kuros tās rodas. Izmantojot NAMP procesu, viņi ražoja gandrīz bez porām 3D drukātas struktūras, kas var vienlaikus optimizēt visus vājos posmus. Šis 3D drukātais titāna sakausējums raksturojas ar augstu izturības izturību pilnīgā sprieguma attiecības apstākļos.
Eksperimentālie dati rāda, ka dažādās sprieguma attiecībās veiktajos izturības testos šī jaunā materiāla izturības izturība ne tikai pārsniedz visu titāna sakausējumu izturības izturību, bet arī tās „specifiskā izturības izturība” ir vispusīgi augstāka par visiem metāla materiāliem, iestatot jaunu pasaules rekordu.
EN