Druk 3D z metalu z nową metodą NIST. Pętlowy skan lasera poprawia łączenie trudnych stopów metali

Metalowy druk 3D od lat miał zapewniać swobodę projektowania, której klasyczna obróbka nie jest w stanie zapewnić, ale materiały wciąż wyznaczają granice tej technologii. Przy bardziej złożonych stopach, zwłaszcza high-entropy alloys, szybko pojawiają się problemy z różnymi temperaturami topnienia, gęstością czy też z segregacją składników. NIST twierdzi jednak, że część tych ograniczeń można złagodzić bez nowego sprzętu.

NIST poprawił to, jak porusza się laser, i właśnie w tym tkwi siła całego pomysłu. Jeśli ta metoda wyjdzie z laboratorium, część przewagi przeniesie się z chemii proszku do oprogramowania maszyny.

Vitriform3D i Oak Ridge National Laboratory drukują elementy architektoniczne z odpadów szklanych

Zespół NIST wziął na warsztat laser powder bed fusion i zamiast klasycznych, prostych ścieżek kazał wiązce rysować pętle oraz elipsy. Efekt jest bardzo ciekawy. Stopiony metal zaczynał się intensywnie mieszać już w trakcie topienia, zamiast polegać wyłącznie na dyfuzji w ułamku sekundy po przejściu lasera. Ma to szczególne znaczenie w przypadku high-entropy alloys, czyli nowoczesnej klasie metali, w których zamiast jednego głównego pierwiastka (np. żelaza w stali) stosuje się mieszankę co najmniej pięciu pierwiastków w równych lub zbliżonych proporcjach, wymieszanych niemal na poziomie atomowym. Badacze przetestowali metodę na gęstym RHEA-19 oraz lekkim stopie tytanu, czyli zestawie, który w klasycznym procesie niechętnie tworzy jednorodną strukturę.

Laser Powder Bed Fusion schodzi z hali na blat roboczy. Scrap 1 celuje w małe pracownie i laboratoria

Najciekawsze jest jednak coś innego. NIST nie zaproponował nowej głowicy ani całej klasy maszyn. Zamiast tego powstało autorskie oprogramowanie sterujące ścieżką lasera, ponieważ komercyjne systemy nie pozwalają na tak swobodne kształtowanie trajektorii. Sama metoda nie wymaga istotnych zmian sprzętowych. To przesuwa ją wyżej niż wiele efektownych koncepcji, które kończą jako kosztowne ciekawostki laboratoryjne. Ooznacza to potencjalnie większą swobodę doboru materiałów bez konieczności korzystania wyłącznie z gotowych, uprzednio stopionych proszków. W dłuższej perspektywie stawką może być druk komponentów o zmiennym składzie w jednym przebiegu, w tym na przykład łopatek i turbin silnikowych bez spawanych połączeń. Kojarzycie już ten kierunek z tekstów o HP Metal Jet i próbach „wyjścia” LPBF z typowej hali produkcyjnej w stronę bardziej dostępnych zastosowań, jak projekt Scrap 1. NIST idzie jednak inną drogą. Nie upraszcza maszyny, tylko maksymalnie wykorzystuje sterowanie ruchem lasera. I to akurat brzmi jak podejście, które może realnie zmienić ograniczenia tego procesu.