Përparim i pluhurit të aluminës në materialet e printimit 3D
Duke hyrë në laboratorin e Universitetit Politeknik Northwestern, një aparat për tharje me dritëPrinter 3D po gumëzhin lehtë dhe rrezja lazer lëviz me saktësi në lëngun qeramik. Vetëm pak orë më vonë, një bërthamë qeramike me një strukturë komplekse si një labirint është prezantuar plotësisht - ajo do të përdoret për të derdhur fletët e turbinave të motorëve të avionëve. Profesor Su Haijun, i cili është përgjegjës për projektin, tregoi për përbërësin delikat dhe tha: "Tre vjet më parë, ne as nuk guxonim të mendonim për një saktësi të tillë. Zbulimi kryesor fshihet në këtë pluhur alumini të padukshëm."
Dikur, qeramika e aluminit ishte si një "student problematik" në fushën ePrintim 3D– rezistencë e lartë, rezistencë ndaj temperaturave të larta, izolim i mirë, por sapo u shtyp, pati shumë probleme. Nën proceset tradicionale, pluhuri i aluminit ka rrjedhshmëri të dobët dhe shpesh bllokon kokën e shtypjes; shkalla e tkurrjes gjatë sinterimit mund të jetë deri në 15%-20%, dhe pjesët që u shtypën me shumë përpjekje do të deformohen dhe çahen sapo të digjen; struktura komplekse? Është edhe më shumë një luks. Inxhinierët janë të shqetësuar: “Kjo gjë është si një artist kokëfortë, me ide të egra, por jo duar të mjaftueshme.”
1. Formula ruse: Vendosja e "armaturës qeramike" nëaluminimatricë
Pika e kthesës erdhi fillimisht nga revolucioni në dizajnin e materialeve. Në vitin 2020, shkencëtarët e materialeve nga Universiteti Kombëtar i Shkencës dhe Teknologjisë (NUST MISIS) i Rusisë njoftuan një teknologji revolucionare. Në vend që thjesht të përzienin pluhurin e oksidit të aluminit, ata vendosën pluhur alumini me pastërti të lartë në një autoklavë dhe përdorën oksidim hidrotermal për të "rritur" një shtresë filmi të oksidit të aluminit me një trashësi saktësisht të kontrollueshme në sipërfaqen e secilës grimcë alumini, njësoj si të vendosnim një shtresë të armaturës në nivel nano në topin e aluminit. Ky pluhur me "strukturë bërthamë-guaskë" tregon performancë të mahnitshme gjatë printimit 3D me lazer (teknologjia SLM): fortësia është 40% më e lartë se ajo e materialeve të aluminit të pastër, dhe stabiliteti në temperaturë të lartë është përmirësuar shumë, duke përmbushur drejtpërdrejt kërkesat e nivelit të aviacionit.
Profesori Alexander Gromov, udhëheqësi i projektit, bëri një analogji të gjallë: “Në të kaluarën, materialet kompozite ishin si sallata - secili ishte përgjegjës për punën e vet; pluhurat tanë janë si sanduiçe - alumini dhe alumina kafshojnë njëri-tjetrin shtresë pas shtrese, dhe asnjëri nuk mund të bëjë pa tjetrin.” Ky bashkim i fortë i lejon materialit të tregojë aftësitë e tij në pjesët e motorëve të avionëve dhe kornizat ultra të lehta të karrocerisë, dhe madje fillon të sfidojë territorin e lidhjeve të titanit.
2. Urtësia kineze: magjia e “vendosjes” së qeramikës
Pika më e vështirë e shtypjes prej qeramike alumine është tkurrja nga sinterimi - imagjinoni sikur keni brumosur me kujdes një figurë prej balte dhe ajo tkurret në madhësinë e një patateje sapo hyn në furrë. Sa shumë do të shembej? Në fillim të vitit 2024, rezultatet e publikuara nga ekipi i Profesor Su Haijun në Universitetin Politeknik Veriperëndimor në Journal of Materials Science & Technology i dhanë hov industrisë: ata morën një bërthamë qeramike alumine me tkurrje pothuajse zero me një shkallë tkurrjeje prej vetëm 0.3%.
Sekreti është të shtoshpluhur alumininë aluminë dhe pastaj të luajë një "magji atmosferike" të saktë.
Shtoni pluhur alumini: Përzieni 15% pluhur alumini të imët në lëngun qeramik.
Kontrolloni atmosferën: Përdorni mbrojtje nga gazi i argonit në fillim të sinterimit për të parandaluar oksidimin e pluhurit të aluminit.
Ndërrimi inteligjent: Kur temperatura rritet në 1400°C, ndërroni papritur atmosferën në ajër
Oksidimi në vend: Pluhuri i aluminit shkrihet menjëherë në pika dhe oksidohet në oksid alumini, dhe zgjerimi i vëllimit kompenson tkurrjen.
3. Revolucioni i lidhësit: pluhuri i aluminit shndërrohet në "ngjitës të padukshëm"
Ndërsa ekipet ruse dhe kineze po punojnë shumë për modifikimin e pluhurit, një tjetër rrugë teknike është zhvilluar ngadalë – përdorimi i pluhurit të aluminit si lëndë lidhëse. Qeramika tradicionalePrintim 3DLëndët lidhëse janë kryesisht rrëshira organike, të cilat do të lënë zgavra kur digjen gjatë heqjes së yndyrës. Një patentë e vitit 2023 e një ekipi vendas ndjek një qasje të ndryshme: shndërrimin e pluhurit të aluminit në një lidhës me bazë uji47.
Gjatë printimit, gryka spërkat me saktësi "ngjitësin" që përmban 50-70% pluhur alumini mbi shtresën e pluhurit të oksidit të aluminit. Kur vjen puna te faza e heqjes së yndyrës, tërhiqet vakum dhe kalohet oksigjen, dhe pluhuri i aluminit oksidohet në oksid alumini në 200-800°C. Karakteristika e zgjerimit të vëllimit prej më shumë se 20% i lejon asaj të mbushë në mënyrë aktive poret dhe të zvogëlojë shkallën e tkurrjes në më pak se 5%. "Është ekuivalente me çmontimin e skelave dhe ndërtimin e një muri të ri në të njëjtën kohë, duke mbushur vrimat tuaja!" e përshkroi një inxhinier në këtë mënyrë.
4. Arti i grimcave: fitorja e pluhurit sferik
"Pamja" e pluhurit të aluminës është bërë papritur çelësi i përparimeve të mëdha - kjo pamje i referohet formës së grimcave. Një studim në revistën "Open Ceramics" në vitin 2024 krahasoi performancën e pluhurave sferike dhe të parregullta të aluminës në printimin me depozitim të shkrirë (CF³)5:
Pluhur sferik: rrjedh si rërë e imët, shkalla e mbushjes tejkalon 60%, dhe shtypja është e lëmuar dhe e butë
Pluhur i parregullt: i ngjitur si sheqer i trashë, viskoziteti është 40 herë më i lartë dhe gryka është e bllokuar për të dyshuar në jetëgjatësi
Edhe më mirë, dendësia e pjesëve të shtypura me pluhur sferik tejkalon lehtësisht 89% pas sinterimit, dhe sipërfaqja përmbush drejtpërdrejt standardin. "Kush përdor ende pluhur "të shëmtuar" tani? Rrjedhshmëria është efektivitet luftarak!" Një teknik buzëqeshi dhe përfundoi5.
E ardhmja: Yjet dhe detet bashkëjetojnë me të voglat dhe të bukurat
Revolucioni i printimit 3D të pluhurit të aluminit është larg përfundimit. Industria ushtarake ka marrë rolin udhëheqës në aplikimin e bërthamave me tkurrje pothuajse zero për të prodhuar tehe turboventilatorësh; fusha biomjekësore i është kushtuar vëmendje biokompatibilitetit të saj dhe ka filluar të printojë implante kockore të personalizuara; industria elektronike ka synuar substratet e shpërndarjes së nxehtësisë - në fund të fundit, përçueshmëria termike dhe përçueshmëria joelektrike e aluminit janë të pazëvendësueshme.