Wielomateriałowy druk 3D wpłynie na obecną motoryzacje
Wielomateriałowy druk 3D będzie wykorzystywany do transformacyjnych zastosowań przemysłowych takich jak motoryzacja.
Naukowcy z Uniwersytetu Tohoku opracowali najnowocześniejszą wielomateriałową technikę druku 3D, która łączy lekką konstrukcję z trwałością, co stanowi krok naprzód w branżach takich jak produkcja motoryzacyjna. Przełom ten, opublikowany w „Additive Manufacturing”, podkreśla potencjał łączenia materiałów takich jak stal i aluminium w celu tworzenia wysokowydajnych części, takich jak wieże zawieszenia, które są zarówno wytrzymałe, jak i wydajne.
Jednym z największych wyzwań w wielomateriałowym druku 3D jest tworzenie się kruchych związków międzymetalicznych na styku różnych metali, takich jak stal i aluminium. Związki osłabiają integralność strukturalną, ograniczając praktyczne zastosowanie komponentów wielomateriałowych. Naukowcy rozwiązali ten problem za pomocą laserowego stapiania proszku(L-PBF), technologii, która selektywnie topi proszki metali warstwa po warstwie. Zwiększając prędkość skanowania laserowego, osiągnęli nierównowagowe krzepnięcie, znacznie zmniejszając powstawanie słabych punktów. Ta innowacja zaowocowała komponentami o mocnym, niezawodnym wiązaniu przy jednoczesnym zachowaniu lekkich właściwości materiałów mieszanych. „Zrozumienie mechanizmu stopowania in-situ było kluczowe dla naszego sukcesu” – zauważył specjalnie mianowany adiunkt Seungkyun Yim, podkreślając złożoność łączenia tak odmiennych materiałów.
Chociaż początkowo koncentrowaliśmy się na komponentach motoryzacyjnych, ta wielomateriałowa technika drukowania otwiera możliwości w różnych branżach. Na przykład w przemyśle lotniczym lekkie, ale wytrzymałe części mają kluczowe znaczenie dla zmniejszenia zużycia paliwa i zwiększenia wydajności. NASA zbadała już podobne metody druku 3D do produkcji komponentów statków kosmicznych, które mogą wytrzymać ekstremalne warunki przy jednoczesnym zmniejszeniu masy ładunku. Tymczasem w medycynie druk wielomateriałowy toruje drogę dla biokompatybilnych implantów dostosowanych do indywidualnych potrzeb pacjentów, oferując zwiększoną trwałość i funkcjonalność. Robotyka to kolejny sektor, który może odnieść korzyści, ponieważ złożone części wymagające połączenia wytrzymałości i elastyczności mogą być teraz tworzone bardziej efektywnie.
W porównaniu do tradycyjnej produkcji, wielomateriałowy druk 3D zapewnia znaczące korzyści. Precyzja produkcji addytywnej minimalizuje odpady materiałowe, zmniejszając koszty i wpływ na środowisko. Dodatkowo, możliwość dostosowywania projektów pozwala producentom zoptymalizować wydajność pod kątem konkretnych zastosowań, takich jak poprawa aerodynamiki w częściach samochodowych lub poprawa rozkładu obciążenia w maszynach przemysłowych. Integrując różne materiały w jedną strukturę, inżynierowie mogą osiągnąć właściwości, które byłyby niemożliwe przy użyciu konwencjonalnych metod, takich jak połączenie odporności na korozję z wysoką wytrzymałością na rozciąganie.
Niedawny sukces Uniwersytetu Tohoku to dopiero początek wielomateriałowego druku 3D. Naukowcy już badają zastosowanie tej techniki do innych trudnych kombinacji materiałów, takich jak tytan i stopy na bazie niklu, które są szeroko stosowane w przemyśle lotniczym i urządzeniach medycznych. Dalsze postępy w technologii laserowej i materiałoznawstwie mogą zwiększyć skalowalność i przystępność cenową wielomateriałowej produkcji addytywnej, przybliżając ją do powszechnego zastosowania przemysłowego.
Co więcej, nie można pominąć korzyści środowiskowych płynących z tego podejścia. Zmniejszając zapotrzebowanie na nadmiar materiału i umożliwiając recykling proszków metali, wielomateriałowy druk 3D jest zgodny z globalnymi wysiłkami na rzecz stworzenia bardziej zrównoważonych procesów produkcyjnych. Technologia ta wspiera również rosnące zapotrzebowanie na lekkie komponenty, niezbędne do zmniejszenia emisji dwutlenku węgla w transporcie i innych sektorach.
Branże nadal poszukują innowacyjnych sposobów na zwiększenie wydajności, możliwości wielomateriałowego druku 3D są praktycznie nieograniczone. Od tworzenia bardziej wydajnych komponentów pojazdów samochodowych po rozwój technologii implantów chirurgicznych, ten przełom może na nowo zdefiniować produkcję w wielu sektorach.
Szymon Ślubowski
