Сотовая 3D-печать уменьшит вес автомобилей и ракет
Инженеры НИТУ «МИСиС» разработали технологию аддитивной печати металлических деталей сложной формы с ячеистыми структурами в основе, которые позволят снизить массу детали и сделать её прочной, плотной и при этом лёгкой.
Аддитивные технологии активно входят в современную промышленность, но для конструкторов существует множество неизвестных аспектов в технологии производства и структурообразования материала. Например, регулярные ячеистые структуры в деталях двигателя или корпусных приборов автомобиля или ракеты могут нести нагрузки, аналогичные литым деталям, при этом весить вполовину меньше. Как результат, снижается расход топлива, нагрузка на дорогу, вредные выбросы в атмосферу и количество металла для производства детали.
Инженеры лаборатории «Деформационные термические процессы» НИТУ «МИСиС» представили результаты исследований микроструктуры и механических свойств на растяжение стальных ячеистых структур различной конфигурации, модели которых были подготовлены с использованием российского специализированного программного обеспечения для топологической оптимизации и изготовлены по технологии селективного лазерного плавления на 3D-принтере.
Учёные выяснили, что уровень механических свойств зависит от конфигурации ячеек, диаметра распорок и объёма пустот, а также рассчитали тип и конфигурацию ячеистых структур, при которых достигается максимальный уровень свойств: при объеме пустот 65% (диаметр распорки 0,5 мм) предел прочности составляет 38%, а предел текучести — 49% показателей для сплошного образца. Конструкторы впервые получили точные данные о типах ячеистой структуры, соответствующих конкретной инженерной задаче: деталь с нужной прочностью и массой можно будет изготовить, используя определенный тип ячейки.
У инженеров-аддитивщиков, в свою очередь, появилась технология изготовления этой детали на 3D-принтере с помощью селективного лазерного плавления. Прочность и плотность получаемых сложнофасонных деталей увеличилась на 50%. Использование так называемого бионического дизайна — компьютерной топологической оптимизации — один из самых перспективных подходов современного инжиниринга. Это особый подход к проектированию, позволяющий найти наилучшее распределение материала в заданной области для заданных нагрузок и условий работы. Проще говоря, абстрактная деталь представляет собой объёмный массивный монолит, значительная часть материала которого не несет никакой функциональной нагрузки, то есть содержит, по сути, лишний металл.
Нагрузку в нем несут, к примеру, всего порядка десяти точек креплений. В результате оптимизации форма детали существенно усложняется — в данном случае получаются металлические соты, ячеистые структуры. Изготовить их традиционными методами вроде литья просто невозможно, поэтому единственный путь — использование аддитивных технологий послойной печати металлами, в частности, так называемого селективного лазерного плавления. Оно отличается низкими затратами и возможностью создать изделие практически любой формы. Полученные в НИТУ «МИСиС» образцы ячеистых структур уже прошли лабораторные испытания и в ближайшее время поступят конструкторам компании-заказчика.
Источник: Популярная Механика
Внезапно оказалось, что платина + золото – это самый прочный металлический сплав в мире
Просто представьте себе, что, например, шины для автомобиля из нового сплава будут изнашиваться только на один атомный слой на милю. И на таких шинах вы сможете «дрифтовать» на расстояние в 500 экваторов планеты – правда, звучит фантастически? Тем не менее – это и есть упрощенное объяснение сути технологического достижения.
Исследователи из американской Sandia National Laboratories разработали новый металлический сплав и охарактеризовали его как самый прочный сплав, когда-либо созданный учеными в лабораториях мира. Разработанный новый материал, изготовленный из комбинации платины и золота, судя по предварительным оценкам, в 100 раз более износостойкий, чем высокопрочная сталь, что делает его первым сплавом металла в том же классе, что и алмазные поверхности.
В упрощенном варианте объяснения содержания инженерного открытия формула сплава формально звучит так: 90% платины + 10% золота. Такие сплавы не являются революционными научными достижениями – это просто технологическая новизна, обеспечивающая долговременное сопротивление нагреву и трению. Более того, новый сплав отлично обеспечивает механическую и термическую стабильность в течении очень длительных периодов циклического напряжения.
Что еще особенного в новом сплаве – некая «черная пленка» формируется во время испытаний на прочность нового материала. Эта «пленка» представляет собой алмазоподобный углерод и является отличным смазочным материалом, который работает «сам по себе» и не требует сложных и дорогостоящих дополнительных процессов. - Via -