Новый метод 3D-печати позволит создавать прочные биметаллические конструкции

Инженеры из Вашингтонского государственного университета, вдохновившись структурной сложностью строения деревьев и костей, разработали способ 3D-печати двух видов стали в одном цилиндрическом сечении с помощью двух сварочных установок. Полученный биметаллический материал оказался на 33-42% прочнее, чем любой из металлов в отдельности, благодаря, в том числе, внутреннему давлению между металлами при охлаждении.

Демонстрация метода и результаты

В демонстрационном эксперименте две сварочных головки работали последовательно, печатая одна за другой на цилиндрическом сечении два металла: внешнюю оболочку из недорогой углеродистой стали и внутреннее ядро из коррозионностойкой нержавеющей стали. Из-за разной скорости охлаждения металлов возникало внутреннее давление - "объятие" металлов, в результате чего полученный композит оказался на 33-42% прочнее, чем любой из металлов в отдельности.

Метод позволяет создавать не только биметаллические композиты, но и композиты из трех и более материалов, для этого используются дополнительные сварочные установки. Таким образом ученые создали композит из нержавеющей стали, углеродистой стали, алюминия и меди. При этом они могли контролировать толщину каждого слоя материала и его расположение в композите.

Способность усиливать 3D-печатные металлические детали слой за слоем может вскоре позволить автомастерским создавать изготовленные на заказ прочные стальные детали, например, биметаллические оси с высоким крутящим моментом или экономичные тормозные диски. Композитные материалы с использованием разных видов металлов также могут улучшать детали машин, механизмов и оборудования.

Перспективы в медицине и космических конструкциях

Исследователи видят потенциал использования разработки в сфере медицинских производственных процессов, которые заняты печатью протезов с титановой оболочкой и внутренним материалом из магнитной стали с восстановительными свойствами. Также в космосе могут появиться конструкции с материалом, который будет одновременно устойчив к высоким температурам снаружи и обладающим охлаждающими свойствами внутри, чтобы поддерживать постоянную температуру. Потенциальным способом использования может стать 3D-печать спутниковых антенн из композита алюминия, обеспечивающего прочность, и меди, гасящей колебания.