Uzimajući u obzir strukturnu složenost drveća i kostiju, inženjeri Vašingtonskog državnog univerziteta stvorili su način za 3D štampanje dve vrste čelika u istom kružnom sloju pomoću dve mašine za zavarivanje. Dobijeni bimetalni materijal pokazao se 33% do 42% jačim od bilo kog metala samog, delimično zahvaljujući pritisku koji se stvara između metala dok se zajedno hlade.
Nova metoda koristi uobičajene, relativno jeftine alate, tako da bi ga proizvođači i serviseri mogli koristiti u bliskoj budućnosti. Uz dalji razvoj, potencijalno bi se mogao koristiti za pravljenje medicinskih implantata visokih performansi ili čak delova za svemirska putovanja, rekao je Amit Bandiopadhiai, stariji autor studije objavljene u časopisu Nature Communications.
„Ima veoma široku primenu jer svako mesto koje se bavi bilo kojom vrstom zavarivanja sada može da proširi svoje koncepte dizajna ili da pronađe aplikacije gde mogu da kombinuju veoma tvrd materijal i meki materijal skoro istovremeno“, rekao je Bandjopadjaj, profesor na Školi VSU-a. Mašinstvo i inženjerstvo materijala.
Istraživački tim je tu ideju pozajmio iz prirode, napominjući da drveće i kosti dobijaju snagu od načina na koji slojeviti prstenovi različitih materijala međusobno komuniciraju. Da bi imitirali ovo sa metalima, istraživači VSU-a su koristili opremu za zavarivanje koja se obično nalazi u automobilskim i mašinskim radnjama, integrisana u kompjutersku numeričku kontrolu ili CNC mašinu. Nova hibridna postavka stvara delove koristeći precizno kompjutersko programiranje i dve glave za zavarivanje. U demonstraciji nove metode 3D štampanja, dve glave za zavarivanje rade jedna za drugom na kružnom sloju da štampaju dva metala: spoljašnje kućište od jeftinijeg „mekog“ čelika i jezgro od nerđajućeg čelika otpornog na koroziju unutra. Pošto se metali skupljaju različitom brzinom dok se hlade, stvara se unutrašnji pritisak – u suštini stežući metale zajedno. Testovi rezultata su pokazali veću čvrstoću nego što to imaju nerđajući čelik ili meki čelik sami. Zasluge: Državni univerzitet Vašingtona
U demonstraciji, dve glave za zavarivanje radile su jedna za drugom na kružnom sloju za štampanje dva metala, od kojih svaka ima specifične prednosti. Jezgro od nerđajućeg čelika otporno na koroziju stvoreno je unutar spoljašnjeg kućišta od jeftinijeg „mekog“ čelika poput onog koji se koristi u mostovima ili železnicama. Pošto se metali skupljaju različitom brzinom dok se hlade, stvoren je unutrašnji pritisak – u suštini stežući metale zajedno. Testovi rezultata su pokazali veću čvrstoću nego što to imaju nerđajući čelik ili meki čelik sami.
Trenutno, 3D štampanje sa više metala u zavarivanju zahteva zaustavljanje i promenu metalnih žica. Nova metoda eliminiše tu pauzu i stavlja dva ili više metala u isti sloj dok su metali još vrući.
„Ovaj metod deponuje metale u krug umesto samo u liniju. Radeći to, suštinski odstupa od onoga što je bilo moguće“, rekla je Lil Skvajers, doktorantkinja mašinstva VSU i prvi autor studije. „Kružanje u suštini omogućava jednom materijalu da zagrli drugi materijal, što se ne može desiti kada se štampa u pravoj liniji ili u slojevima u sendviču.“
Sposobnost ojačavanja 3D štampanih metalnih delova sloj po sloj mogla bi automobilskim radnjama uskoro dati nove opcije sa mogućnošću brzog kreiranja jakih, prilagođenih čeličnih delova. Na primer, mogu se razviti bimetalne osovine otporne na obrtni moment ili isplativi kočni rotori visokih performansi.
U budućnosti, istraživači vide potencijal za medicinske proizvodne procese koji štampaju zamene zglobova sa izdržljivim titanijumom spolja i unutrašnjim materijalom kao što je magnetni čelik sa lekovitim svojstvima. Isto tako, strukture u svemiru mogu imati materijal otporan na visoke temperature koji okružuje unutrašnji materijal sa svojstvima hlađenja kako bi pomogla strukturi da održi konstantnu temperaturu.
„Ovaj koncept ima štampanje oba zavarivača, tako da možemo da koristimo više materijala u samom sloju, stvarajući prednosti dok se kombinuju“, rekao je Bandiopadhiai. „I ne mora se zaustaviti na samo dva materijala. Može se proširiti.“
