В России предложили печатать детали для спутников с помощью биоразлагаемого пластика
Ученые Института металлургии и материаловедения имени А.А. Байкова Российской Академии Наук (ИМЕТ РАН) придумали, как производить детали для авиации и космоса методом 3D-печати без дорогостоящего высокотемпературного оборудования. В основе технологии — композитная нить из металлического порошка и биоразлагаемого пластика.
Основное преимущество технологии, предложенной учеными ИМЕТ РАН, ее экономичность. Специалисты нашли способ изготавливать с помощью 3D-печати прочные, легкие и жаропрочные изделия, не задействуя при этом дорогой высокотемпературной обработки. Это позволяет уменьшать стоимость производства.
В основе технологии — композитная нить. На две трети она состоит из металлического порошка, представляющего собой смесь алюминия, титана и никеля. Оставшаяся треть — это полимер полилактида, то есть биоразлагаемый пластик, который получают из растительного сырья. Пластик служит связующим: сначала он удерживает форму будущего изделия, а затем, уже после создания заготовки, его удаляют без остатка посредством отжига.
Процесс начинается с печати заготовки на специально сконструированном шнековом экструдере — оборудование обеспечивает стабильную работу с металлополимерными композитами, объясняет научный сотрудник лаборатории «Аддитивные и цифровые технологии полимер-композиционных материалов» ИМЕТ РАН Сергей Еремин. «После создания заготовки ее отжигают в вакуумной печи для удаления полимерной матрицы. Следом происходит главный этап — спекание при температуре чуть выше 700 °C», — добавил эксперт.
700 °C — это значительно ниже температур, требуемых для традиционного получения интерметаллидов (химических соединений двух и более металлов). При таком нагреве алюминий — самый легкоплавкий компонент — плавится, пропитывает заготовку и запускает самоподдерживающуюся реакцию с другими металлами, а именно никелем и титаном.
Результат реакции — формирование монолитного, высокоплотного изделия, которое в финальном состоянии плавится только при температурах выше 1300°C. Как подчеркнул Еремин, главное преимущество разработки — технологичность и доступность. Метод не требует дорогостоящих сферических металлических порошков, сложных лазерных установок или высокотемпературных печей.
Первые образцы, изготовленные по новой технологии, продемонстрировали высокую прочность на изгиб — 508 МПа. Для сравнения, аналогичный сплав, но полученный классическим методом порошковой металлургии, показал 810 МПа — сейчас это максимальная прочность на изгиб.
Приблизиться к рекордным значениям получится за счет оптимизации процесса удаления связующего, полагают ученые. Они намерены улучшить режимы спекания и минимизировать пористость готовых изделий.
Технология пригодится в авиастроении и космонавтике — высокотехнологичных областях, где требуются сложные жаропрочные детали. Последние, в частности, используют в конструкции двигателей (соплах ракет и авиационных турбин), элементах обшивки космических аппаратов и конструкциях гиперзвуковых ракет.
На обложке генерация Pro Космос. За помощь в подготовке статьи благодарим пресс-службуИнститута металлургии и материаловедения имени А.А. Байкова РАН.
Самое популярное
