Наноструктуризація поверхонь порошків для 3D-друку: нові можливості енергоефективного виробництва металів

3D-друк металів відкриває величезні перспективи для сучасної промисловості, але цей процес стикається з низкою технічних викликів. Одним з основних є висока відбивна здатність металевих порошків, що заважає ефективному поглинанню лазерної енергії під час плавлення. Це особливо стосується матеріалів, як мідь та вольфрам, які мають низьку поглинальну здатність і вимагають значних енергетичних витрат для їх обробки.

Група дослідників із Ліверморської національної лабораторії, Стенфордського університету та Університету Пенсильванії запропонувала інноваційне рішення цієї проблеми. Вони розробили хімічний метод хімічного, що дозволяє створювати на поверхні металевих порошків мікроскопічні наноструктури, які значно покращують їх поглинання лазерного випромінювання. Відповідно до результатів дослідження, опублікованого в журналі Science Advances, ця технологія збільшує поглинальну здатність порошків до 70%, що робить процес 3D-друку набагато енергоефективнішим.

Ця технологія має велике значення для обробки матеріалів, які раніше вважалися надто складними для адитивного виробництва. Наприклад, мідь має чудові теплопровідні властивості, однак через свою відбивну здатність її було важко використовувати у 3D-друці. За допомогою методу хімічного травлення науковцям вдалося створити на мідних порошках нанорельєф, що не впливає на їх основні фізичні властивості, але значно покращує здатність до поглинання енергії. Це дозволяє друкувати високоякісні деталі з міді при меншій витраті енергії.

Хімічний метод є доволі простим. Металеві порошки, такі як мідь та вольфрам, занурюють у спеціальні хімічні розчини, що вибірково видаляють матеріал з поверхні, створюючи мікроскопічні рельєфи. Це дозволяє лазерному світлу краще взаємодіяти з порошками, покращуючи ефективність плавлення. Науковці застосували сучасні методи візуалізації, як-от рентгенівську нанотомографію, щоб детально дослідити зміни на поверхні порошків та краще зрозуміти, як нанорельєф впливає на процеси лазерного плавлення.

Експерименти показали, що нова технологія дозволяє друкувати складні деталі з міді та вольфраму з меншими енерговитратами, при цьому досягаючи високих показників щільності готових виробів (до 99%). Це відкриває можливості для ширшого використання металевого 3D-друку в промисловості, знижуючи витрати на енергію та підвищуючи якість кінцевих виробів.

Крім того, ця технологія може допомогти знизити екологічний вплив виробництва, оскільки дозволяє використовувати менше енергії, що робить процес більш стійким і економічно вигідним. Дослідники також зазначили, що тепер навіть машини з нижчою потужністю лазера зможуть ефективно друкувати мідь, роблячи технологію доступнішою для ширшого кола виробників.

Це відкриття має значний потенціал для розвитку нових методів виробництва, особливо у сферах, пов'язаних з чистою енергією, де ефективність використання міді відіграє ключову роль. У майбутньому команда дослідників планує дослідити, як наноструктури на поверхні порошків можуть впливати на змішування різних матеріалів під час друку, що відкриває нові можливості для створення металевих композитів.

Технологія, розроблена науковцями, не тільки знижує витрати на виробництво, але й робить 3D-друк складних металів доступнішим, енергоефективнішим та екологічно безпечнішим.