โลหะผสมไททาเนียมที่แข็งแกร่งที่สุดในโลกที่สร้างขึ้นโดยใช้เทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติ

นักวิทยาศาสตร์ ประสบความสำเร็จในผลลัพธ์ใหม่โดยการนำเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติมาใช้กับโลหะผสมไททาเนียม ทำให้วัสดุมีความแข็งแรงเพิ่มขึ้นเป็น 2 เท่าและขยายขอบเขตการใช้งานในด้านอวกาศ

โลหะผสมไททาเนียมใหม่มีความแข็งแรงต่อความล้าสูงเป็นประวัติการณ์ ภาพ: iStock — โลหะผสมไททาเนียมใหม่มีความแข็งแรงต่อความล้าสูงเป็นประวัติการณ์ ภาพ: *iStock*

สถาบันบัณฑิตวิทยาศาสตร์จีน (CAS) ได้ลงรายละเอียดเกี่ยวกับความสำเร็จนี้ไว้ในงานวิจัยที่ตีพิมพ์ในวารสาร Nature เมื่อวันที่ 28 กุมภาพันธ์ งานวิจัยนี้เป็นผลจากความร่วมมือระหว่างนักวิทยาศาสตร์ จาง เจิ้นจุน และ จาง เจิ้นเฟิง จากห้องปฏิบัติการวิทยาศาสตร์วัสดุเสิ่นหยาง สถาบันวิจัยวัสดุแห่ง CAS และ โรเบิร์ต ริตชี จากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย เบิร์กลีย์ งานวิจัยระบุว่าแนวคิดการวิจัยนี้เกิดขึ้นในประเทศจีน และตัวอย่างวัสดุก็ถูกสร้างขึ้นในประเทศจีนเช่นกัน โดยริตชีได้มีส่วนร่วมในกระบวนการตรวจสอบ

แม้ว่าการพิมพ์ 3 มิติจะปฏิวัติวงการการผลิต แต่การใช้งานยังคงจำกัดอยู่เพียงการผลิตชิ้นส่วนที่ต้องการความทนทานต่อความล้าสูง ความแข็งแรงหรือความทนทานต่อความล้า คือความสามารถของชิ้นส่วนเครื่องจักรในการต้านทานความเสียหายจากความล้า เช่น การเกิดหลุมเฟืองและการแตกร้าวบนพื้นผิว

การพิมพ์โลหะ 3 มิติ ซึ่งใช้เลเซอร์หลอมผงโลหะและเรียงเป็นรูปทรงที่ซับซ้อนภายในระยะเวลาอันสั้น เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการผลิตชิ้นส่วนขนาดใหญ่ที่ซับซ้อนอย่างรวดเร็ว อย่างไรก็ตาม ความร้อนสูงที่เกิดจากลำแสงเลเซอร์กำลังสูงซึ่งมักใช้ในระหว่างการพิมพ์อาจทำให้เกิดโพรงอากาศภายในชิ้นส่วน ซึ่งส่งผลกระทบต่อประสิทธิภาพของโลหะผสม โพรงอากาศขนาดเล็กเหล่านี้อาจกลายเป็นสาเหตุของความเครียด นำไปสู่การแตกร้าวก่อนเวลาอันควร ซึ่งทำให้อายุการใช้งานของวัสดุลดลง

เพื่อแก้ปัญหานี้ ทีมงานจึงตัดสินใจผลิตโลหะผสมไทเทเนียมแบบไม่มีรูพรุน โดยพัฒนากระบวนการโดยใช้ Ti-6Al-4V ซึ่งเป็นโลหะผสมไทเทเนียม-อะลูมิเนียม-วาเนเดียม ที่ให้ค่าความแข็งแรงความล้าสูงสุดในบรรดาโลหะผสมไทเทเนียมที่รู้จัก จางเจิ้นจุนกล่าวว่า กระบวนการนี้เริ่มต้นด้วยการกดอัดแบบไอโซเทอร์มอลร้อนเพื่อขจัดรูพรุนออก จากนั้นจึงทำให้เย็นลงอย่างรวดเร็วก่อนที่จะเกิดการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างภายในของโลหะผสม กระบวนการนี้ส่งผลให้โลหะผสมที่มีรูพรุนมีความแข็งแรงความล้าแรงดึงเพิ่มขึ้น 106% จากมาตรฐาน 475 เมกะปาสคาล เป็น 978 เมกะปาสคาล ซึ่งสร้างสถิติโลก

จาง เจิ้นจุน กล่าวว่าความสำเร็จนี้ถือเป็นความหวังสำหรับการประยุกต์ใช้ในอุตสาหกรรมที่ต้องการวัสดุน้ำหนักเบา เช่น อากาศยานและยานยนต์พลังงานใหม่ จนถึงปัจจุบัน วัสดุนี้ผลิตได้เพียงต้นแบบที่มีรูปทรงคล้ายดัมเบล โดยส่วนที่บางที่สุดมีขนาดเพียง 3 มิลลิเมตร ซึ่งเล็กเกินไปสำหรับการใช้งานจริง แม้ว่าเทคโนโลยีนี้จะยังอยู่ในขั้นตอนการทดลอง แต่ก็มีศักยภาพสูงในการผลิตอุปกรณ์ที่ซับซ้อน

ข้อมูลจาก CAS ระบุว่า ชิ้นส่วนอากาศยานหลายชิ้น รวมถึงหัวฉีดบนจรวดของ NASA โครงเครื่องบินขับไล่ J-20 และหัวฉีดน้ำมันเชื้อเพลิงบนเครื่องบิน C919 ของจีน ล้วนถูกสร้างขึ้นโดยใช้เทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติ ด้วยความสามารถในการขยายขนาดในอนาคต เทคโนโลยีใหม่นี้จะถูกนำไปใช้อย่างกว้างขวางยิ่งขึ้น

อัน คัง (ตามรายงานของ Tech Times )

ลิงค์ที่มา