3D プリンティング (積層造形) について考えるとき、おそらくその無限の設計自由度と最小限の材料無駄に感心するでしょう。ただし、重大な制限が 1 つあり、耐疲労性が低い重要な耐荷重構造--に広く使用することはできません。
飛行機のエンジンブレードや着陸装置などの重要な部品にとって、疲労性能は重要な設計基準です。従来の考えでは、3D プリンティングによって生成される急速な冷却と独特の微細構造が耐疲労性の低下の原因であると長い間考えられてきました。しかし、本当にそうなのでしょうか？
最近、中国科学院金属研究所の研究者らは、画期的な研究を発表した。自然それはこの従来の考え方の誤りを暴きます。 3D プリントされた金属材料の疲労性能の低下の本当の原因は、独特の微細構造ではなく、プリント プロセス中に生成される微細な空隙であることが判明しました。
これらの小さな空隙は、ガラス内の気泡に似ており、繰り返し応力がかかると亀裂の発生源として機能し、早期破損の原因となります。以前、エンジニアはこれらの空隙を除去するために熱間静水圧プレス (HIP) を使用していましたが、このプロセスでは 3D プリンティングによって作成された非常に詳細な微細構造が破壊されることが多く、-事実上「赤ちゃんを風呂の水と一緒に放り出す」ことになります。
では、3D プリント構造の固有の特性を損なうことなく、これらの空隙を除去できる方法はあるのでしょうか?研究チームは、と呼ばれる新しい技術を通じて解決策を見つけました。正味-AM処理(欠陥のない積層造形プロセス)。-この方法には以下が含まれます正確な温度制御これにより、相変態が起こり、粒子の成長が起こる前に材料が急速に冷却されるため、危険な非結合ボイドを完全に排除しながら、小さく均一な微細構造が固定されます。
治療後は、欠陥のない-チタン合金は印象的な結果を示しました。疲労限界は元の印刷物の疲労限界より 106% 高く、約 978 MPa に達しました。この値は、既知のすべての 3D プリント チタン合金を上回るだけでなく、従来の鍛造プロセスで製造されたチタン合金も上回ります。同様の材料の中で疲労性能においてトップの座を直接主張します。
さらに印象的なのは、重要な領域でのことです。比疲労強度(疲労強度と密度の比)、これ欠陥のない-チタン合金すべての鋼、アルミニウム合金、マグネシウム合金、高温合金、さらには高エントロピー合金さえも上回りました。-これはパフォーマンス チャートの右上隅をしっかりと占めており、疲労耐性コンポーネントの製造における 3D プリントの大きな可能性を示しています。-
なぜ、3D プリントによる欠陥-のないチタン合金そんなに強いの？鍵となるのは、超微細な層状構造-3D プリントに固有のものです。この構造は応力を効果的に分散し、局所的な疲労損傷の集中を抑制します。疲労亀裂が大きな粒界や軟質相領域から始まることが多い従来のチタン合金とは異なり、3D プリント材料の微細構造により応力が均一に分散され、亀裂の形成や伝播が非常に困難になります。
この研究は、3D プリンティングに新たな命を吹き込むだけでなく、将来の二重の最適化戦略への道を切り開くものでもあります。つまり、印刷プロセスを最適化してボイドの生成を減らすこと、そしてもう一方で、微細構造を微調整するための新しい後処理技術をさらに開発することです。-
さらに重要なのは、欠陥のない-印刷この概念は他の金属材料システムにも拡張される可能性が高く、3D プリンティングがその制限から解放され、高性能構造コンポーネントの領域に完全に参入できるようになります。-
これからは、3D プリントは単なる「ショーピース」ではなくなります-強力なテクノロジー重要な構造コンポーネントの安全性をサポートできます。材料性能におけるこの破壊的な進歩により、航空宇宙、ハイエンド製造、その他多くの分野に刺激的な新しい可能性が開かれています。{1}} 3D プリントがさらなる技術的驚異を達成するのが待ちきれません。