3D tiskanje lahko preprosto izdeluje kovinske dele s kompleksnimi strukturami in lastnostmi zmanjšane mase, kar je zelo privlačno za napredno opremo naslednje generacije, kot so letala in vesoljska plovila, ki sledijo cilju zmanjšanja mase in integracije. Kovinski deli, izdelani s 3D tiskanjem, imajo vendar običajno kritično pomanjkljivost – slabo zmogljivost pri utrujanju, kar pomeni, da so pod cikličnim obremenitvijo nagnjeni k utrujitvenim razpokam, kar močno omejuje njihovo uporabo v ključnih področjih. Nedavno je ekipa pod vodstvom raziskovalcev Zhang Zhefenga in Zhang Zhenjuna z Inštituta za kovinske raziskave Kitajske akademije znanosti (IMR, CAS) razvila novo tehnologijo za obdelavo po 3D tiskanju. Titanova zlitina, izdelana s to tehnologijo NAMP, kaže brezprimerno odpornost proti utrujanju pri različnih razmerjih napetosti, pri čemer njena celotna utrujitvena zmogljivost presega vse znane kovinske materiale, s čimer odpravi glavno oviro za uporabo tehnologije 3D tiskanja na področjih visoke natančnosti in najnovejše tehnologije. Ustrezni raziskovalni rezultati so bili objavljeni v reviji Science Advances.
Zgodaj leta 2024 je ekipa izumila nov proces NAMP, ki omogoča natančno nadzorovanje notranje strukture in napak materialov. Ti-6Al-4V, ena najpogosteje uporabljenih titanovih zlitin, pripravljena s tem postopkom, lahko odstrani tako mikropore kot grobe mikrostrukture – obe sta glavni vzroka utrujanja. Ta novi material je po razmerju napetosti »natezno-natezno« prebil svetovni rekord za »specifično utrujno trdnost«.
Vendar so realni deli, kot so lopatice letalskih motorjev in podvozja, izpostavljeni izjemno zapletenim napetostnim razmerjem, ki vključujejo ne le »natezno-natezno«, temveč tudi »natezno-tlačna« scenarije, kar pomeni, da je razmerje napetosti spremenljivo. Različna razmerja napetosti lahko sprožijo različne mehanizme poškodb znotraj materiala. Mikrostruktura tradicionalnih titanovih zlitin pogosto kaže omejitve – dobro delujejo le pri določenih specifičnih razmerjih napetosti, pri spremembi razmerja napetosti pa se njihova učinkovitost zmanjša. To naredi izdelavo materiala, ki bi dobro deloval pri vseh obratovalnih pogojih, zelo težko.
Pred tem bolj zapletenim izzivom je raziskovalna skupina identificirala več šibkih mest v titanovih zlitinah, ki so nagnjena k utrujanju in razpokam ter načine obremenitve, pri katerih se ti pojavijo. Z uporabo postopka NAMP so izdelali skoraj brezporne 3D-tiskane strukture, ki omogočajo hkratno optimizacijo vseh šibkih mest. Ta 3D-tiskana titanova zlitina ima značilnost ohranjanja visoke utrujalne trdnosti tudi pri polni razmerji napetosti.
Eksperimentalni podatki kažejo, da pri utrujalnih preskusih pri različnih razmerjih napetosti utrujalna trdnost tega novega materiala ne samo presega utrujalno trdnost vseh titanovih zlitin, temveč je tudi njegova »specifična utrujalna trdnost« v celoti nadrejena vsem kovinskim materialom, s čimer je bilo postavljeno novo svetovno rekordno merilo.
EN