Исследователи из Университета штата Вашингтон создали способ 3D-печати двух типов стали в одном круговом слое с использованием двух сварочных аппаратов. Полученный биметаллический материал оказался на 33-42% прочнее каждого металла по отдельности. Это связано с давлением, возникающим между металлами в процессе совместного охлаждения.
Инженеры «позаимствовали» идею для печати у природы: они заметили, что деревья и кости получают дополнительную прочность от того, что многослойные кольца из разных материалов взаимодействуют друг с другом. Чтобы имитировать это свойство с металлами, исследователи использовали обычное, относительно недорогое сварочное оборудование, используемое в автомобильных и механических мастерских.
Для 3D-печати исследователи интегрировали сварочные аппараты с компьютером с числовым программным управлением. Готовая установка создает детали с помощью точного компьютерного программирования и двух сварочных головок.
Принцип работы установки и готовые изделия. Изображение: Lile Squires et al., Nature Communications
В ходе демонстрации две сварочные головки работали одна за другой на круглом слое, чтобы напечатать два металла, каждый из которых имел определенные преимущества. Стойкий к коррозии сердечник из нержавеющей стали был создан внутри внешнего кожуха из более дешевой «мягкой» стали, подобной той, что используется в мостах или железных дорогах.
Так как металлы сжимаются с разной скоростью при охлаждении, создается внутреннее давление, которое стягивает металлы вместе. Тесты на результат показали большую прочность, чем нержавеющая сталь или мягкая сталь по отдельности.
3D-печать с помощью двух типов металла. Видео: Университет штата Вашингтон
Современные методы 3D-печать несколькими металлами требуют остановки сварочной установки и замены металлических проволок. Новый метод устраняет эту паузу и помещает два или более металла в один и тот же слой, пока металлы еще горячие. Именно эта особенность позволяет обеспечить одновременное охлаждение материалов.
Этот метод наносит металлы по кругу, а не только по линии. Таким образом, он в корне отходит от того, что было возможно. Движение по кругу, по сути, позволяет одному материалу плотно прилегать к другому материалу, чего не может произойти при печати по прямой линии или в многослойных слоях.
Лайл Сквайрс, докторант машиностроения Университета штата Вашингтон и соавтор исследования
