Stal nierdzewna nie była nigdy tak mocna. Druk 3D nadał jej nowe znaczenie
Drukowanie w 3D metali nie jest łatwe. Pisałem już o tym w artykule na temat produkowanych do silników i elektrowni turbin, które dręczy problem pękania po wydruku. Problem ten sprowadza się do faktu, że metale, a zwłaszcza stopy takie jak stal nierdzewna, podlegają szybkim wahaniom temperatury podczas procesu drukowania. Te zmiany temperatury, które są spowodowane użyciem wysokoenergetycznych laserów do topienia materiału, mogą zakłócać układ atomów w metalu, a tego typu zaburzenia osłabiają końcowy produkt, czyniąc go mniej wytrzymałym i podatnym na wady strukturalne. Dlatego właśnie tak rzadko drukuje się wytrzymałe stopy, ale ostatnie osiągnięcia naukowców mogą zmienić tę kwestię raz na zawsze.
Czytaj też: A gdyby tak drukować w 3D baterie do aut elektrycznych? To tylko pozornie absurdalny pomysł
Rewolucyjny charakter niedawnego osiągnięcia potwierdzono wydrukiem stali nierdzewnej 17-4 PH. Ta jest od dawna ceniona za swoją wytrzymałość, odporność na korozję i trwałość, a jej potencjał potwierdza fakt, że jest używana w szerokim zakresie wymagających zastosowań, a w tym w maszynach przemysłowych, statkach morskich, komponentach lotniczych i urządzeniach medycznych. Zdolność tego materiału do wytrzymywania ekstremalnych warunków przy jednoczesnym zachowaniu integralności strukturalnej czyni go niezwykle atrakcyjnym dla producentów. Problem w tym, że produkcja stali nierdzewnej 17-4 PH tradycyjnymi metodami jest kosztowna i czasochłonna, ale dzięki wprowadzeniu druku 3D do tego procesu, można nie tylko rozwiązać problem produkcji, ale nawet zwiększyć najbardziej pożądane właściwości materiału. To właśnie osiągnęli naukowcy w Advanced Photon Source (APS) w Stanach Zjednoczonych.
Czytaj też: Panele solarne drukowane jak papierowe gazety? Taka fotowoltaika to już nie jest czyste science fiction
Wspomniany specjaliści wykorzystali dyfrakcję rentgenowską wysokiej energii do uchwycenia obrazów struktury metalu podczas drukowania. Te obrazy, wykonane co kilka milisekund, dostarczały cennych informacji o tym, jak zmienia się struktura atomowa metalu podczas procesu ogrzewania i chłodzenia. Dzięki znacznie lepszemu zrozumieniu tych zmian badacze mogli na bieżąco dostosowywać skład chemiczny materiału podczas wydruku, zapewniając, tym samym, że stal nierdzewna zachowa swoją wytrzymałość i trwałość. Ta informacja zwrotna w czasie rzeczywistym pozwoliła na precyzyjną kontrolę procesu drukowania, co ostatecznie doprowadziło do pomyślnej produkcji wysokiej jakości części ze stali nierdzewnej 17-4 PH.
Czytaj też: Zbrojeniowa rewolucja prosto z drukarki 3D. Oto jak USA chcą produkować najpotężniejsze bronie
Jeśli idzie o samą drukowaną stal 17-4 PH, ta może zrewolucjonizować przemysł lotniczy, morski, czy medyczny, które skorzystają na tańszych, lżejszych i mocniejszych narzędziach. Najważniejsze jest jednak to, że nowy proces wydruku nie ogranicza się jedynie do stali, bo w praktyce techniki opracowane podczas tych badań mogą być zastosowane do innych metali i stopów. Finalnie dzięki monitorowaniu i dostosowywaniu procesu drukowania w czasie rzeczywistym, naukowcy mogą badać sposoby na ulepszanie właściwości szerokiej gamy materiałów, a to może prowadzić do dalszych innowacji w produkcji addytywnej, gdzie ograniczenia tradycyjnych metod produkcji są pokonywane dzięki elastyczności druku 3D.