3D-utskrift kan enkelt produsere metalldelar med komplekse strukturar og lette eigenskapar, noko som er svært attraktivt for neste generasjon av high-end-utstyr, som til dømes fly og romfartøy, som søker vektreduksjon og integrasjon. Metalldelar laga ved hjelp av 3D-utskrift har imidlertid vanlegvis ein kritisk svakheit – dårleg utmattingsmotstand, noko som betyr at dei er særleg utsatta for utmattingssprekk under syklisk belastning, og dermed sterkt avgrenser bruken av desse delane i sentrale applikasjonar. Nyleg har eit forskarlag leia av forskarane Zhang Zhefeng og Zhang Zhenjun frå Instituttet for metallforskning ved Det kinesiske vitenskapsakademiet (IMR, CAS) utvikla ei ny etterbehandlingsmetode for 3D-utskrift. Titanlegeringsmaterialet som vert produsert ved hjelp av denne NAMP-teknologien viser uante utmattingsmotstand under ulike spenningsforhold, og den samla utmattingsytelsen overgår alle kjende metallmaterialar, noko som fjernar ein stor hindring for bruk av 3D-utskriftsteknologi i felt som krev høg presisjon og er på forkanten av teknologien. Dei relevante forskningsresultata er publiserte i tidsskriftet Science Advances.
I starten av 2024 utviklet teamet en ny NAMP-prosess som kan kontrollere materialets indre struktur og feil presist. Ti-6Al-4V, en av de mest brukte titanlegeringene som fremstilles ved hjelp av denne prosessen, kan eliminere både mikroporer og grove mikrostrukturer – begge er hovedårsakene til utmattelse. Dette nye materialet slo verdensrekorden for «spesifikk utmattelsesstyrke» under «strekk-strekk»-spenningsforhold.
Imidlertid er virkelige deler, som flymotorblader og landingsgear, utsatt for ekstremt komplekse spenningsforhold, inkludert ikke bare «strekk-strekk», men også «strekk-trykk»-scenarier, noe som betyr at spenningsforholdet varierer. Forskjellige spenningsforhold kan utløse ulike skademekanismer i materialet. Mikrostrukturene til tradisjonelle titanlegeringer har ofte begrensninger – de fungerer godt bare under visse spesifikke spenningsforhold, men kan prestere dårligere når spenningsforholdet endres. Dette gjør det svært vanskelig å produsere et materiale som presterer godt under alle driftsforhold.
Når forskningsteamet stod overfor denne mer komplekse utfordringen, identifiserte de flere svake lenker i titanlegeringer som er utsatt for utmattelsesrevner og de spenningsmodusene der de oppstår. Ved å bruke NAMP-prosessen produserte de nesten porefrie 3D-printede strukturer som kan optimalisere alle svake lenker samtidig. Denne 3D-printede titanlegeringen har egenskapen å opprettholde høy utmattelsesstyrke under full spenningsforhold.
Eksperimentelle data viser at utmattelsesstyrken til dette nye materialet, i utmattelsestester under ulike spenningsforhold, ikke bare overgår alle titanlegeringer, men at dets «spesifikke utmattelsesstyrke» også er omfattende bedre enn alle metallmaterialer, noe som setter en ny verdensrekord.
EN