Wetenschappers hebben een nieuwe doorbraak bereikt door 3D-printtechnologie toe te passen op titaniumlegeringen, waardoor de sterkte van het materiaal is verdubbeld en de potentiële toepassingen ervan in de ruimtevaart zijn uitgebreid.
De nieuwe titaniumlegering heeft een recordbrekende vermoeiingssterkte. Foto: iStock
De Chinese Academie van Wetenschappen (CAS) beschreef de resultaten van het onderzoek in een studie die op 28 februari in het tijdschrift Nature verscheen. Dit onderzoek is het resultaat van een samenwerking tussen de wetenschappers Zhang Zhenjun en Zhang Zhefeng van het Shenyang Materials Science Laboratory van het CAS Institute for Materials Research en Robert Ritchie van de Universiteit van Californië, Berkeley. Volgens het artikel is het onderzoeksidee in China ontstaan en zijn de materiaalmonsters daar ook vervaardigd. Ritchie was betrokken bij de evaluatie van het proces.
Hoewel 3D-printen een revolutie teweeg heeft gebracht in de productie, wordt het proces nog maar beperkt gebruikt voor de fabricage van onderdelen die een hoge vermoeiingsweerstand vereisen. Vermoeiingssterkte, of vermoeiingsweerstand, is het vermogen van een machineonderdeel om vermoeiingsbreuken zoals tandwielcorrosie en oppervlaktescheuren te weerstaan.
3D-metaalprinten, waarbij lasers worden gebruikt om metaalpoeder te smelten en in korte tijd in complexe vormen te laagjes aan te brengen, is een perfecte methode voor het snel produceren van grote, complexe onderdelen. De hoge hitte die wordt gegenereerd door de krachtige laserstraal die vaak bij het printproces wordt gebruikt, leidt echter tot de vorming van luchtbellen in het onderdeel, wat de prestaties van de legering beïnvloedt. Deze kleine poriën kunnen drukpunten worden, wat kan leiden tot vroegtijdige scheurvorming en een kortere vermoeiingslevensduur van het materiaal.
Om dit probleem aan te pakken, besloot het onderzoeksteam een poreuze titaniumlegering te produceren. Ze ontwikkelden een proces met behulp van Ti-6Al-4V, een titanium-aluminium-vanadiumlegering, waarmee de hoogste vermoeiingsweerstand van alle tot nu toe bekende titaniumlegeringen werd bereikt. Volgens Zhang Zhenjun begint het proces met heet isothermisch persen om poriën te verwijderen, gevolgd door snelle afkoeling voordat er veranderingen in de interne structuur van de legering kunnen optreden. Het proces levert een poreuze legering op met een toename van de trekvermoeiingssterkte van 106%, van de gebruikelijke 475 MPa naar 978 MPa, waarmee een wereldrecord wordt gevestigd.
Zhang Zhenjun zei dat de doorbraak veelbelovend is voor tal van toepassingen in industrieën die lichtgewicht materialen vereisen, zoals de lucht- en ruimtevaart en elektrische voertuigen. Tot nu toe is het nieuwe materiaal alleen op prototypeschaal geproduceerd, in de vorm van een halter met een dunste punt van 3 mm – te klein voor praktische toepassingen. Hoewel de technologie zich nog in de experimentele fase bevindt, heeft ze een groot potentieel voor de productie van complexe apparaten.
Volgens CAS worden veel onderdelen van de luchtvaart, waaronder de straalpijpen van NASA-raketten, het frame van het J-20 gevechtsvliegtuig en de brandstofinjectoren van het Chinese C919-vliegtuig, geproduceerd met behulp van 3D-printtechnologie. Gezien de mogelijkheden voor toekomstige schaalvergroting zal deze nieuwe technologie bredere toepassingen vinden.
An Khang (volgens Tech Times )
Bronlink
Reactie (0)