أقوى سبيكة تيتانيوم في العالم تم تصنيعها باستخدام تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد.

حقق العلماء إنجازاً جديداً من خلال تطبيق تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد على سبائك التيتانيوم، مما ضاعف قوة المادة ووسع نطاق تطبيقاتها المحتملة في مجال الطيران والفضاء.

تتميز سبيكة التيتانيوم الجديدة بمقاومة قياسية للإجهاد. الصورة: iStock — تتميز سبيكة التيتانيوم الجديدة بمقاومة قياسية للإجهاد. الصورة: *iStock*

نشرت الأكاديمية الصينية للعلوم (CAS) دراسةً مفصلةً حول هذا الإنجاز في مجلة Nature بتاريخ 28 فبراير. يُعدّ هذا البحث ثمرة تعاون بين العالِمين تشانغ تشنجون وتشانغ تشيفنغ من مختبر شنيانغ لعلوم المواد التابع لمعهد أبحاث المواد بالأكاديمية الصينية للعلوم، وروبرت ريتشي من جامعة كاليفورنيا في بيركلي. ووفقًا للمقال، فقد نشأت فكرة البحث في الصين، كما تمّ تصنيع عينات المواد هناك. وشارك ريتشي في تقييم العملية.

رغم أن الطباعة ثلاثية الأبعاد قد أحدثت ثورة في التصنيع، إلا أن استخدامها محدود للغاية في تصنيع الأجزاء التي تتطلب مقاومة عالية للإجهاد. وتُعرف مقاومة الإجهاد بأنها قدرة جزء الآلة على مقاومة أعطال الإجهاد مثل تآكل التروس وتشققات السطح.

تُعدّ الطباعة ثلاثية الأبعاد للمعادن، التي تستخدم الليزر لصهر مسحوق المعدن وتشكيله على هيئة طبقات في وقت قصير، طريقة مثالية لإنتاج مكونات كبيرة ومعقدة بسرعة. مع ذلك، تؤدي الحرارة العالية الناتجة عن شعاع الليزر القوي المستخدم غالبًا في عملية الطباعة إلى تكوّن جيوب هوائية داخل القطعة، مما يؤثر على أداء السبيكة. قد تتحول هذه المسامات الصغيرة إلى مراكز ضغط، مما يؤدي إلى تشقق مبكر وتقليل عمر المادة.

لمعالجة هذه المشكلة، قرر فريق البحث إنتاج سبيكة تيتانيوم مسامية. وقد طوروا عملية باستخدام سبيكة Ti-6Al-4V، وهي سبيكة من التيتانيوم والألومنيوم والفاناديوم، والتي حققت أعلى مقاومة للإجهاد بين سبائك التيتانيوم المعروفة حتى الآن. ووفقًا لتشانغ تشنجون، تبدأ العملية بالضغط الحراري المتساوي لإزالة المسام، يليه تبريد سريع قبل حدوث أي تغييرات في البنية الداخلية للسبيكة. توفر هذه العملية سبيكة مسامية ذات زيادة في قوة الشد بنسبة 106%، من 475 ميجا باسكال المعتادة إلى 978 ميجا باسكال، مسجلةً بذلك رقمًا قياسيًا عالميًا .

قال تشانغ تشنجون إن هذا الإنجاز يبشر بالخير للعديد من التطبيقات في الصناعات التي تتطلب مواد خفيفة الوزن، مثل صناعة الطيران والفضاء ومركبات الطاقة الجديدة. وحتى الآن، لم يُنتج من هذه المادة الجديدة سوى نموذج أولي، يشبه الدمبل بسمك 3 ملم عند أرق نقطة، وهو صغير جدًا للتطبيقات العملية. ورغم أن هذه التقنية لا تزال في مرحلة تجريبية، إلا أنها تتمتع بإمكانات هائلة لتصنيع أجهزة معقدة.

بحسب الأكاديمية الصينية للعلوم، تُصنّع العديد من مكونات الطائرات، بما في ذلك فوهات صواريخ ناسا، وهيكل طائرة J-20 المقاتلة، وفوهات وقود طائرات C919 الصينية، باستخدام تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد. وبفضل إمكانية التوسع في المستقبل، ستتمتع هذه التقنية الجديدة بتطبيقات أوسع.

آن خانغ (بحسب موقع Tech Times )

رابط المصدر