Суперсплав, виготовлений за допомогою 3D-принтера, може скоротити викиди електростанцій

3D-друк вже широко використовується як універсальний та енергоефективний метод виробництва. Він використовує потужний лазер для миттєвого розплавлення матеріалу, зазвичай пластику або металу, який потім осідає шарами для створення об'єкта, оскільки розплавлений матеріал швидко охолоджується і твердне.

Дослідники перепрофілювали цю технологію як швидкий та ефективний спосіб створення нових сплавів, використовуючи 3D-принтер для плавлення порошкоподібних металів, а потім негайного отримання його зразка. Новий «суперсплав», надрукований на 3D-принтері, може допомогти електростанціям виробляти більше електроенергії, виробляючи менше вуглецю.

Вчені з Sandia у співпраці з дослідниками з Національної лабораторії Еймса, Університету штату Айова та корпорації Bruker використовували 3D-принтер для створення високоефективного металевого сплаву або суперсплаву з незвичайним складом, який робить його міцнішим і легшим, ніж звичайні сучасні матеріали. 

       і

"Ми показуємо, що цей матеріал може отримати раніше недосяжне поєднання високої міцності, малої ваги та стійкості до високих температур", - сказав учений з Sandia Ендрю Кустас. "Ми думаємо, що частково досягли цього завдяки підходу адитивного виробництва".

Електростанції, що працюють на викопному паливі й атомні електростанції використовують тепло для обертання турбін, які виробляють електроенергію. Але ефективність силової установки обмежена тим, що металеві деталі турбіни можуть бути гарячими. Якщо турбіни можуть працювати при вищих температурах, то більше енергії може бути перетворено в електрику при одночасному зниженні відпрацьованого тепла, що виділяється в навколишнє середовище.

Новий суперсплав, що складається з 42% алюмінію, 25% титану, 13% ніобію, 8% цирконію, 8% молібдену і 4% танталу, був міцнішим при температурі 800°C, ніж багато інших високоефективних сплавів, у тому числі, які використовуються нині у деталях турбін.

Енергетика — не єдина галузь, яка може отримати зиск з отриманих результатів. Аерокосмічні дослідники шукають легкі матеріали, які залишаються міцними за високих температур.

Рухаючись уперед, команда зацікавлена у вивченні того, чи передові методи комп'ютерного моделювання можуть допомогти дослідникам виявити більше елементів, що можуть стати новим класом високопродуктивних суперсплавів для адитивного виробництва.

Майкл Чандрос, вчений з Sandia, що спеціалізується на комп'ютерному моделюванні атомного масштабу, заявив, що металеві суміші, які обговорюються, дуже складні. Він зазначив, що метали взаємодіють один з одним на мікроскопічному та атомарному рівнях, і ці взаємодії керують різними властивостями металів, такими як їхня міцність, пластичність і температура плавлення. Чандрос, який не брав безпосередньої участі у дослідженні, пояснив, що їхня модель вигідна, оскільки вона може обчислювати ці взаємодії та допомагає прогнозувати характеристики нових матеріалів до їх виготовлення.

Кустас сказав, що попереду на них чекають випробування. По-перше, може бути складно виробляти новий суперсплав у великих обсягах без мікроскопічних тріщин, що є загальною проблемою адитивного виробництва. Він також сказав, що матеріали, що входять до сплаву, дорогі. Таким чином, метал може не підходити для споживчих товарів, для яких зниження вартості є основним завданням.