Учёные НИТУ «МИСиС» предложили технологию, позволяющую в 2 раза увеличить прочность композитов на основе алюминиевого порошка и приблизить характеристики изделий из них, полученных методом 3D-печати, к качеству изделий из титановых сплавов: прочность титана примерно в 6 раз выше, чем прочность алюминия, но и плотность титана в 1,7 раз выше (то есть деталь того же размера из алюминия существенно легче титановой).
Основой нового композита стали новые модификаторы-прекурсоры на основе нитридов и оксидов алюминия, полученные сжиганием. Результаты работы опубликованы в журнале Sustainable Materials and Technologies.
Ещё два десятилетия назад литьё в формы рассматривалось как единственный рентабельный способ изготовления объёмных изделий. Прошли годы, прежде чем появился 3D-принтер, способный составить достойную конкуренцию технологическим способам металлообработки, а в перспективе вытеснить традиционные методы формообразования деталей. Среди преимуществ производства изделий с помощью аддитивных технологий — возможность изготавливать более сложные формы и конструкции, низкая себестоимость и теоретически любая комбинация материалов.
Сейчас есть несколько технологий печати металлом. Основные — это: селективное лазерное плавление (Selective Laser Melting, SLM) и селективное лазерное спекание (Selective Laser Sintering, SLS). Обе подразумевают постепенное наслаивание и послойное спекание металлических порошковых «чернил» с помощью луча мощного (до 500 Ватт) лазера для построения заданной объёмной фигуры.
Один из оптимальных по характеристикам металлов для изготовления изделий для аэрокосмической промышленности — титан, однако в распространённых технологиях 3D-печати он неприменим по причине пожаро- и взрывоопасности порошков. Альтернативой выступает алюминий, лёгкий (одно из главных требований отрасли, плотность 2700 кг/м3), пластичный, обладающий модулем упругости ~70 МПа, пригодный для 3D-печати, однако недостаточно прочный и твёрдый.
Решение задачи упрочения алюминиевой 3D-печати предложил научный коллектив кафедры цветных металлов и золота НИТУ «МИСиС» под руководством приглашённого профессора Александра Громова.
«Мы разработали технологию упрочения алюмоматричных композитов, полученных методом 3D-печати, получив инновационные прекурсоры-модификаторы, полученные сжиганием порошков алюминия. Продукты горения — нитриды и оксиды алюминия — обладают специфически подготовленной для спекания, разветвлённой поверхностью со сформированными переходными нанослоями между частицами. Именно особые свойства и структура поверхности позволяют частицам прочно прикрепляться к алюминиевой матрице и в итоге повышают прочность полученных композитов в 2 раза», — рассказал руководитель исследовательской группы Александр Громов.
В настоящее время коллектив разработчиков тестирует полученные с помощью новой технологии прототипы изделий.
