Автомобильная, аэрокосмическая промышленность и машиностроение, в частности, все больше и больше прибегают к использованию методов 3D-печати для производства компонентов. Существует большой спрос, чтобы технологии, задействованные в этом процессе, производили детали с более высокими функциональными свойствами. Это требует разработки новых адаптируемых материалов.
Исследователи из Университета Лотарингии во Франции говорят, что квазикристаллы, тип сложного металлического сплава с кристаллоподобными свойствами, могут быть полезны при разработке новых композитных материалов для этой цели.
В обзоре, опубликованном Science and Technology of Advanced Materials, Сэмюэл Кензари и соавторы обобщили последние разработки, связанные с использованием сложных металлических сплавов в аддитивном производстве.
Аддитивное производство, обычно называемое 3D-печатью, представляет собой процесс, включающий изготовление компонентов из цифровой модели. Традиционные методы производства часто начинаются с объекта и удаляют с него материал, чтобы получить окончательный компонент.
В аддитивном производстве лазеры используются для создания слоев на основе цифровой модели, что в конечном итоге приводит к окончательному компоненту.
Аддитивные методы производства получают широкое распространение и затрагивают многие отрасли промышленности.
В 2012 году они принесли глобальный доход в размере 2 долларов США.2000000000. Но диапазон используемых материалов по-прежнему ограничен, несмотря на реальную потребность в производстве более легких деталей с лучшими функциональными свойствами.
Включение сложных металлических сплавов (CMA), таких как квазикристаллы, в конструкцию новых композитных материалов может помочь удовлетворить этот спрос.
Сложные металлические сплавы перспективны из-за их потенциально полезных свойств, таких как низкое трение, относительно хорошая коррозионная стойкость и хорошая износостойкость.
Однако они также являются хрупкими по своей природе, что не позволяет использовать их в качестве сыпучих материалов. Ученые, как сообщает группа исследователей Университета Лотарингии, нашли альтернативы, позволяющие обойти эту проблему.
Один из них – использовать CMA в качестве армирующих частиц. Другой – использовать их в качестве материала покрытия.
CMA использовались вместе с металлами для разработки легких композитов, которые можно использовать при создании трехмерных деталей. Эти детали имеют механические свойства, аналогичные свойствам композитов сталь-латунь, используемых в настоящее время в промышленности, но с тем преимуществом, что они имеют более низкую плотность.
«Автомобильная промышленность и авиационная промышленность рады иметь функциональные детали с меньшей плотностью», – объясняет один из соавторов, проф. Фурни Винсент. «Снижение веса автомобилей снижает расход топлива."Практический пример показан на рисунке.
Квазикристаллы также использовались для усиления композитов с полимерной матрицей, используемых в технологиях 3D-печати.
Эти новые композиты обладают рядом преимуществ по сравнению с другими материалами в отношении трения, износа и герметичности.
Функциональные детали, в которых используются оба вида сплавов, уже коммерциализируются. Хорошим примером являются трубы и впускные коллекторы, используемые в жидкостных системах, окружающих автомобильные двигатели.
В настоящее время исследователи работают над разработкой функциональных частей, изготовленных с использованием CMA, которые имеют приложения для здоровья.