Ufanisi wa poda ya alumini katika vifaa vya uchapishaji vya 3D
Kutembea katika maabara ya Chuo Kikuu cha Northwestern Polytechnical, kuponya mwangaPrinta ya 3D inavuma kidogo, na boriti ya leza inasonga ipasavyo kwenye tope la kauri. Saa chache tu baadaye, msingi wa kauri na muundo changamano kama maze umewasilishwa kikamilifu - itatumika kurusha blade za turbine za injini za ndege. Profesa Su Haijun, ambaye ndiye msimamizi wa mradi huo, alielekeza kwenye sehemu hiyo maridadi na kusema: “Miaka mitatu iliyopita, hatukuthubutu hata kufikiria usahihi huo.
Hapo zamani za kale, keramik za alumina zilikuwa kama "mwanafunzi mwenye matatizo" katika uwanja waUchapishaji wa 3D- nguvu ya juu, upinzani wa joto la juu, insulation nzuri, lakini mara tu ilipochapishwa, ilikuwa na matatizo mengi. Chini ya michakato ya jadi, poda ya alumina ina maji duni na mara nyingi huzuia kichwa cha uchapishaji; kiwango cha shrinkage wakati wa sintering inaweza kuwa juu hadi 15% -20%, na sehemu ambazo zilichapishwa kwa jitihada kubwa zitaharibika na kupasuka mara tu zinapochomwa; miundo tata? Ni zaidi ya anasa. Wahandisi wanatatizika: “Jambo hili ni kama msanii mkaidi, mwenye mawazo mapotovu lakini hana mikono ya kutosha.”
1. Mfumo wa Kirusi: Kuweka "silaha za kauri" kwenyealuminitumbo
Mabadiliko ya kwanza yalikuja kutoka kwa mapinduzi katika muundo wa nyenzo. Mnamo 2020, wanasayansi wa nyenzo kutoka Chuo Kikuu cha Kitaifa cha Sayansi na Teknolojia (NUST MISIS) cha Urusi walitangaza teknolojia inayosumbua. Badala ya kuchanganya tu poda ya oksidi ya alumini, waliweka poda ya alumini isiyo na usafi wa hali ya juu kwenye kiotomatiki na wakatumia oksidi ya hidrothermal ili "kukuza" safu ya filamu ya oksidi ya alumini yenye unene unaoweza kudhibitiwa kwa usahihi kwenye uso wa kila chembe ya alumini, kama vile kuweka safu ya silaha za kiwango cha nano kwenye mpira wa alumini. Poda hii ya "msingi-shell shell" inaonyesha utendaji wa kushangaza wakati wa uchapishaji wa laser 3D (teknolojia ya SLM): ugumu ni 40% ya juu kuliko ile ya vifaa vya alumini safi, na utulivu wa juu wa joto huboreshwa sana, hukutana moja kwa moja na mahitaji ya daraja la anga.
Profesa Alexander Gromov, kiongozi wa mradi huo, alitoa mlinganisho dhahiri: "Hapo awali, vifaa vya mchanganyiko vilikuwa kama saladi - kila moja ilikuwa na jukumu la biashara yake mwenyewe; poda zetu ni kama sandwichi - alumini na alumini zinauma kila safu kwa safu, na hakuna kinachoweza kufanya bila nyingine." Uunganisho huu wenye nguvu huruhusu nyenzo kuonyesha ustadi wake katika sehemu za injini ya ndege na fremu za mwili zenye mwanga mwingi, na hata huanza kutoa changamoto kwa eneo la aloi za titani.
2. Hekima ya Kichina: uchawi wa "kuweka" keramik
Sehemu kubwa ya maumivu ya uchapishaji wa kauri ya alumina ni shrinkage ya sintering - fikiria kwamba ulikanda kwa uangalifu takwimu ya udongo, na ikapungua kwa ukubwa wa viazi mara tu ilipoingia kwenye tanuri. Je, ingeanguka kwa kiasi gani? Mapema mwaka wa 2024, matokeo yaliyochapishwa na timu ya Profesa Su Haijun katika Chuo Kikuu cha Northwestern Polytechnical katika Jarida la Sayansi ya Nyenzo na Teknolojia yalianzisha tasnia: walipata msingi wa kauri wa alumina ambao haupunguzi sifuri na kasi ya kusinyaa kwa 0.3% tu.
Siri ni kuongezapoda ya aluminikwa alumina na kisha kucheza "uchawi wa angahewa" sahihi.
Ongeza poda ya alumini: Changanya 15% ya unga laini wa alumini kwenye tope la kauri
Dhibiti angahewa: Tumia ulinzi wa gesi ya argon mwanzoni mwa kuzama ili kuzuia poda ya alumini kutoka kwa vioksidishaji.
Ubadilishaji mahiri: Halijoto inapopanda hadi 1400°C, ghafla badilisha angahewa hadi hewani
Uoksidishaji wa in-situ: Poda ya alumini huyeyuka papo hapo na kuwa matone na kuoksidisha hadi oksidi ya alumini, na upanuzi wa kiasi hurekebisha mnyweo.
3. Mapinduzi ya binder: poda ya alumini inageuka kuwa "gundi isiyoonekana"
Wakati timu za Urusi na Uchina zinafanya kazi kwa bidii katika urekebishaji wa poda, njia nyingine ya kiufundi imekomaa kimya kimya - kwa kutumia poda ya alumini kama kiunganishi. Keramik ya jadiUchapishaji wa 3Dbinders ni zaidi ya resini za kikaboni, ambazo zitaacha mashimo wakati wa kuchomwa moto wakati wa kufuta. Hataza ya 2023 ya timu ya nyumbani inachukua mbinu tofauti: kutengeneza poda ya alumini kuwa binder ya maji47.
Wakati wa uchapishaji, pua hunyunyiza kwa usahihi "gundi" iliyo na 50-70% ya poda ya alumini kwenye safu ya poda ya oksidi ya alumini. Inapofikia hatua ya upunguzaji mafuta, utupu hutolewa na oksijeni hupitishwa, na poda ya alumini hutiwa oksidi ya alumini katika 200-800 ° C. Tabia ya upanuzi wa kiasi cha zaidi ya 20% inaruhusu kikamilifu kujaza pores na kupunguza kiwango cha shrinkage chini ya 5%. "Ni sawa na kubomoa kiunzi na kujenga ukuta mpya kwa wakati mmoja, na kujaza mashimo yako mwenyewe!" mhandisi alielezea hivi.
4. Sanaa ya chembe: ushindi wa poda ya spherical
"Kuonekana" kwa poda ya alumina bila kutarajia imekuwa ufunguo wa mafanikio - kuonekana hii inahusu sura ya chembe. Utafiti katika jarida la "Open Ceramics" mnamo 2024 ulilinganisha utendakazi wa poda za alumina duara na zisizo za kawaida katika uchapishaji uliounganishwa (CF³)5:
Poda ya mviringo: inapita kama mchanga mwembamba, kiwango cha kujaza kinazidi 60%, na uchapishaji ni laini na silky.
Poda isiyo ya kawaida: imekwama kama sukari mbaya, mnato ni mara 40 juu, na pua imefungwa ili kutilia shaka maisha.
Bora zaidi, msongamano wa sehemu zilizochapishwa na poda ya spherical kwa urahisi huzidi 89% baada ya sintering, na kumaliza uso hukutana moja kwa moja na kiwango. "Nani bado anatumia poda "mbaya" sasa? Fluidity ni ufanisi wa kupambana!" Fundi akatabasamu na kuhitimisha5.
Wakati ujao: Nyota na bahari huishi pamoja na ndogo na nzuri
Mapinduzi ya uchapishaji ya 3D ya poda ya alumina hayajaisha. Sekta ya kijeshi imechukua nafasi ya kwanza katika kutumia viini vya kusinyaa karibu na sufuri kutengeneza vile vile vya turbofan; uwanja wa matibabu umechukua dhana kwa utangamano wake na kuanza kuchapisha vipandikizi vya mifupa vilivyobinafsishwa; sekta ya umeme imelenga substrates za uharibifu wa joto - baada ya yote, conductivity ya mafuta na conductivity isiyo ya umeme ya alumina haiwezi kubadilishwa.