Учёные выяснили, что 3D-печать порошковыми металлами имеет недостатки

Трёхмерная печать из титанового порошка быстро нашла применение в медицинской отрасли и аэрокосмической промышленности. Однако недавнее открытие учёных из Университета Карнеги – Меллона ставит под сомнение надёжность деталей, напечатанных из этого материала.

Исследователи заявили, что подобные изделия имеют пористую структуру, а значит, внутри них могут образовываться слабые участки, в результате которых деталь может треснуть или сломаться.

Американские учёные провели синхротронное рентгеновское сканирование изделий, напечатанных методом послойного наплавления EBM из порошка Ti-6A1-4V, который сегодня широко используется для аддитивного производства. Ранее считалось, что в отличие от других методов способ электронно-лучевого воздействия обеспечивает плавление абсолютно всех частиц порошка, за счёт чего материал получается однородным и крепким. Однако оказалось, что это не так.

Во время печати в объекте образуются небольшие полости, так как при укладке слоя пузырьки инертного газа проникают в материал из рабочей камеры 3D-принтера. В процессе плавки и затвердевания они никуда не деваются, таким образом делая конечный продукт более хрупким.

Но самое плохое, что пузырьки газа распределяются неравномерно. И если несколько подобных полостей находятся рядом, то, скорее всего, изделие будет иметь очень низкий показатель устойчивости к усталости и не сможет выдерживать большие нагрузки.

Подробнее исследовав вопрос, учёные выяснили, что пористость 3D-печатного изделия в первую очередь зависит от таких факторов, как скорость сканирования, мощность луча, отпечатка на поверхности и т.д. Специалистам важно корректно настраивать все эти параметры, так как если, например, мощность электронного луча превысит определённое значение, то металлический порошок будет плавиться не равномерно, а с полостями. Поэтому, чтобы конечный продукт был достаточно прочным, важно найти оптимальные значения каждого параметра. Сделать же материал абсолютно без полостей, даже небольших, по мнению экспертов, не получится.       

В дальнейшем специалисты хотят исследовать зависимость образования полостей от характеристик и качества разнообразных расходных материалов.

Несмотря на открытие калифорнийских учёных, 3D-печать металлическими порошками в любом случае будет применяться. Однако, возможно, в некоторых областях печатные детали вновь заменят традиционными аналогами. Например, в аэрокосмической отрасли поломка деталей реактивного двигателя может привести к гибели людей. А при изготовлении медицинских протезов, пористость изделия даже приветствуется, так как тогда имплантаты легче сращиваются с костью.