اگرچه چاپ سه بعدی در فرآیند تولید، تحولات زیادی ایجاد کرده اما برای ساخت قطعاتی که نیاز به استقامت بالایی دارند، کاربرد محدودی داشته است. چاپ سه بعدی فلزی از لیزر برای ذوب پودر فلز و لایه بندی آن به شکل‌های خاص و پیچیده در زمان کوتاه‌تری استفاده می‌کند که برای ساخت سریع اقلام بزرگ و پیچیده عالی است.
با این حال، گرمای زیاد تولید شده توسط پرتوهای لیزر قدرتمند که معمولاً در چاپ استفاده می‌شود، اغلب منجر به تشکیل منافذ گاز در داخل قطعات می‌شود که به نوبه خود عملکرد آلیاژ را به خطر می‌اندازد. این موضوع می‌تواند به نقاطی برای تمرکز فشار تبدیل شوند که منجر به ترک‌های زودرس شده و عمر استقامت مواد را کاهش می‌دهند.
برای رفع این مشکل، محققان به تولید آلیاژ تیتانیوم عاری از منافذ پرداختند. آنها فرآیندی را با استفاده از Ti-6Al-4V، یک آلیاژ تیتانیوم-آلومینیوم-وانادیم توسعه دادند که به بالاترین تحمل استقامت در بین تمام آلیاژهای تیتانیوم تا به امروز رسید.
دستیابی به این هدف در نگاه اول ساده به نظر می‌رسد. با این حال، سادگی کار فریبنده بود. تکنیک‌هایی که در حال حاضر برای از بین بردن منافذ گاز به کار می‌روند اغلب منجر به درشت شدن ساختار داخلی آلیاژ می‌شوند. پرداختن به این موضوع بدون ایجاد مجدد منافذ یا سایر عوارض جانبی چالش برانگیز بود. محققین یک تکنیک جدید به نام پردازش Net-AM ایجاد کردند که در دمای بالا چاپ می‌کند.
این فرآیند با فشار ایزواستاتیک داغ برای از بین بردن منافذ گاز آغاز می‌شود و به دنبال آن سرد شدن سریع قبل از هرگونه تغییر در ساختار داخلی آلیاژ انجام می‌شود. با استفاده از این فرآیند، آلیاژی بدون منافذ با بهبود ۱۰۶ درصدی در استحکام – از ۴۷۵ مگاپاسکال به ۹۷۸ مگاپاسکال – یک رکورد جهانی به دست آمد.
این دستاورد برای صنایعی که خواهان مواد سبک وزن هستند، مانند وسایل نقلیه هوافضا و انرژی‌های جدید، نویدبخش است. تاکنون، این ماده تنها در مقیاس نمونه، به اندازه ۳ میلی‌متر (حدود ۰٫۱۱۸ اینچ) تولید شده است که برای بیشتر کاربردهای واقعی بسیار کوچک است. اگرچه این فناوری هنوز در مرحله آزمایشی است اما چشم انداز کاربردی بسیار خوبی دارد.
بسیاری از قطعات هوانوردی – از جمله نازل موشکهای ناسا، قاب‌های پشتیبانی جت جنگنده J-20 چین و نازل‌های سوخت هواپیمای چینی C919 – با استفاده از فناوری چاپ سه بعدی ساخته شده‌اند. این فناوری می‌تواند برای کاربردهای صنعتی گسترده آماده شود.
منبع: scmp
