Новая технология 3D-печати заложит основу для создания более легких и быстрых самолетов, которые потенциально смогут летать дальше, затрачивая меньший объем топлива.
Современные самолеты собираются с использованием тысяч металлических заклепок и крепежных деталей. Их конструкция очень сложна, поскольку легким и прочным алюминиевым сплавам трудно найти замену. Если попытаться сваривать такие элементы, то неизбежно возникает явление, называемое горячим растрескиванием, при котором готовый сплав ослабевает и разрывается по мере охлаждения.
Такие неблагоприятные эффекты сварки уже давно стоят на пути 3D-печати высокопрочных деталей на основе алюминия. Каждый раз, когда исследователи пытались использовать эту технологию, полученная в результате расплавленная лазером масса отслаивалась на месте шва, подобно несвежему бисквиту.
Однако ученым из лаборатории HRL в Малибу (Калифорния) удалось преодолеть эту давнюю проблему – они разработали новый способ 3D-печати двух наиболее часто используемых типов высокопрочных алюминиевых сплавов, которые применяются не только в авиастроении, но и в производстве легковых и грузовых автомобилей. Достоинством открытого метода также является возможность применения процессов 3D-печати аналогично созданию высокопрочных сталей и суперсплавов на основе никеля.
Уникальный подход американских исследователей заключается в покрытии металлических элементов специально подобранными наночастицами, которые создают своеобразный каркас заданной микроструктуры по мере застывания расплавленного лазером сплава. Охлаждаясь, металл приобретает кристаллическую схему, определенную этими наночастицами, что предотвращает горячее растрескивание. Таким образом, получившаяся в итоге деталь полностью сохраняет свою физическую прочность.
Чтобы найти элементы с необходимыми свойствами, в данном случае наночастицы на основе циркония, команда HRL прибегла к помощи вычислительной платформы Citrine Informatics, которая отсортировала сотни тысяч доступных материалов и выделила лишь несколько претендентов. Выбрать «правильные» из них путем перебора уже не представляло особого труда.
Благодаря этой инновационной технологии HRL продвинула аддитивное производство металлических деталей на новый уровень, который позволит создавать новые приложения для всей транспортной сферы, включая авиацию, автомобилестроение, а также металлургию и робототехнику. Результаты работы ученых опубликованы в журнале Nature.
