Nový spôsob aditívnej výroby v Austrálii umožňuje vyrábať pevnejšiu, plastickú a lacnejšiu zliatinu titánu.
Nový zliatina titánu vytlačená na 3D tlačiarni: pevnejšia a úspornejšia ako kedykoľvek predtým
Tím výskumníkov z RMIT University v Austrálii vyvinul titánovú zliatinu vytlačenú na 3D tlačiarni, ktorej výroba je približne o 29 % lacnejšia ako výroba tradičnej zliatiny Ti‑6Al‑4V. Kľúčom k zníženiu nákladov bola náhrada vanádu, ktorý je čoraz drahší a dostupný v obmedzených množstvách, za bežnejšie a úspornejšie prvky bez zhoršenia dôležitých mechanických vlastností, ako sú pevnosť a tvarovateľnosť.
Prečo je to dôležité
Klasická zliatina Ti‑6Al‑4V bola vyvinutá na liatie alebo kovanie, nie na aditívnu výrobu. Pri 3D tlači má tendenciu vytvárať stĺpcovité kryštálové štruktúry, čo robí materiál veľmi pevným v jednom smere, ale menej spoľahlivým v ostatných. To obmedzovalo jeho plnohodnotné využitie v náročných odvetviach, ako je letecký a zdravotnícky priemysel.
Nová formula umožnila získať jednoosový rovnomerný kryštál, čím sa odstránila mechanická anizotropia a zlepšila štrukturálna homogénnosť. To otvára cestu k spoľahlivejším a odolnejším dielom bez nutnosti nákladného následného spracovania.
Vedecký prístup
Tím vyhodnotil tri termodynamické parametre na predpovedanie a kontrolu štruktúry zŕn: rozsah nerovnovážneho tuhnutia (ΔTs), koeficient obmedzenia rastu (Q) a parameter konštitučného prechladenia (P). Po mnohých rokoch experimentov zistili, že P je najlepším ukazovateľom pre navrhovanie nových zliatin, pretože umožňuje predpovedať, či bude vytlačený materiál mať rovnoosovú alebo stĺpcovú štruktúru.
Vďaka tejto metodike je možné urýchliť vývoj materiálov a skrátiť testovacie cykly, čím sa vyhnete nákladným opakovaným testom.
Validácia a najbližšia budúcnosť
Výskum prešiel laboratórnymi testami a už má dočasný patent. Tím hľadá partnerov z leteckého, automobilového a medicínskeho priemyslu na spustenie výroby zliatiny v priemyselnom meradle. Univerzálnosť tohto materiálu umožňuje jeho použitie v individuálnych implantátoch, komponentoch dronov alebo kriticky dôležitých častiach lietadiel.
Tento prelomový objav je v súlade s globálnymi trendmi zameranými na nahradenie nedostatkových prvkov dostupnejšími alternatívami bez straty výkonu. Podobné príklady už skúmajú použitie kyslíka alebo železa v nových zliatinách titánu s rovnakým cieľom: zníženie nákladov a zníženie vplyvu na životné prostredie.
Potenciál
Táto technológia ponúka jasné výhody na ceste k ekologickejšiemu priemyslu:
- Menej odpadu: aditívna výroba výrazne znižuje množstvo odpadu v porovnaní s tradičným mechanickým spracovaním.
- Úspora energie: vylúčenie kriticky dôležitých kovov, ako je vanád, znižuje spotrebu energie v dodávateľskom reťazci.
- Vyššia pevnosť: homogénne kryštálové štruktúry zvyšujú pevnosť a znižujú frekvenciu výmeny dielov.
- Širšie oblasti použitia: od ľahších lietadiel po individuálne protézy, čo prispieva k rozvoju vysoko hodnotnej cirkulárnej ekonomiky.
- Základ pre nové vývoje: prediktívna metóda sa dá zopakovať na vytvorenie ďalších optimalizovaných zliatin z dostupných a recyklovateľných materiálov.
Tento prelom nie je len technickým vylepšením: je to strategický krok na ceste k priemyselnému modelu, ktorý spája efektívnosť, dostupnosť a udržateľnosť v oblasti vysoko kvalitných materiálov.
