Дослідники повідомили про успішні випробування технології металевого 3D-друку, яка дозволяє створювати справжню візерункову сталь з порошку під впливом лазерів.
Інженери з Інституту Макса Планка в Дюссельдорфі та Інституту лазерних технологій Фраунгофера в Аахені об'єднали технології давнини і сучасності, розробивши спосіб друку дамаської сталі на 3D-принтері.
Технологія виробництва «плямистої» сталі сягає корінням у сиву давнину. Оскільки продукт, що виходить із сироводутої печі, був мало придатний для створення практичних і довговічних виробів, ще 1300 років тому ковалням довелося шукати спосіб підвищити якість сталі. Одним з найефективніших процесів стало комбінування декількох сортів сталі з різним вмістом вуглецю, які багаторазово складалися і проколювалися один з одним. Таким чином вдавалося не тільки регулювати фізичні характеристики стали, але також позбавлятися від великої кількості шкідливих домішок і дрібного сміття. Характерні візерунки - це візуальний ефект, що виникає на зрізі підсумкового продукту і викликаний неоднорідністю матеріалу.
Навколо способів виробництва «тієї самої, легендарної» дамаської сталі складено великий безліч міфів. Сучасні майстри-зброярі, ковалі і просто любителі активно досліджують технологію дамаскування. Найбільш поширений варіант - комбінація двох різних сортів сплаву, яку дослідники вирішили осучаснити шляхом використання 3D-принтерів і лазерів.
Правда, замість декількох сортів стали в якості тесту інженери вирішили використовувати всього один - порошковий сплав заліза, нікелю і титану. Поки принтер шар за шаром наносить його по шаблонному патерну, лазер розплавляє найдрібніші частинки порошку один з одним. Так формується бажана форма, однорідна і досить стійка.
На відміну від базового металевого 3D-друку, лазер використовується для зміни кристалічної структури металу. В результаті утворюється низка шарів твердої, але крихкої і м'якої, але пластичної сталі - все за канонами традиційної методики. "За певних умов нагріву утворюються дрібні нікель-титанові мікроструктури. Ці так звані «опади» затвердівають в єдиний матеріал. Під впливом механічних напружень всередині цього матеріалу вони перешкоджають руху дислокацій всередині кристалічної решітки, що характерно для пластичної деформації ", пояснює Філіп Кернштайнер, один з авторів проекту.
Процес металевого 3D-друку
У міру додавання кожного шару металу дають охолонути до температури нижче 195 ° C, формуючи м'який шар. Потім на нього наноситься новий шар металу, який під впливом лазера змінює структуру і знаходить підвищену міцність. В результаті виходить сталь, яка являє собою поєднання міцності і пластичності. За словами команди, змінюючи енергію лазера, швидкість процесу друку та інші фактори, властивості металу можна контролювати зі значною точністю.
«Ця технологія відкриває нові можливості для певного налаштування місцевих мікроструктур під час аддитивного виробництва навіть складних деталей і робить непотрібною подальшу обробку», - говорить Кернштайнер. "Досі звичайною практикою було використання в 3D-друку класичних сплавів. Однак багато відомих сорти стали не зовсім оптимально підходять для аддитивного виробництва. Наш підхід полягає в розробці нових сплавів, які можуть використовувати весь потенціал 3D-друку ".