3D хэвлэх материалын хөнгөн цагааны нунтаг нээлт
Баруун хойд Политехникийн их сургуулийн лаборатори руу алхаж, гэрлээр хатаадаг3D принтер бага зэрэг дуугарч, лазерын туяа керамик зутан дотор яг нарийн хөдөлж байна. Хэдхэн цагийн дараа төөрдөг байшин шиг нарийн бүтэцтэй керамик цөмийг бүрэн танилцуулж байна - энэ нь онгоцны хөдөлгүүрийн турбины ирийг цутгахад ашиглагдах болно. Төслийг хариуцаж буй профессор Су Хайжун нарийхан хэсгийг зааж, "Гурван жилийн өмнө бид ийм нарийвчлалын талаар бодож ч зүрхлээгүй. Гол нээлт нь энэхүү үл анзаарагдам хөнгөн цагааны нунтагт нуугдаж байна" гэжээ.
Нэгэн цагт хөнгөн цагааны керамик нь энэ чиглэлээр "асуудалтай оюутан" шиг байсан3D хэвлэх– өндөр бат бэх, өндөр температурт тэсвэртэй, сайн дулаалгатай, гэхдээ хэвлэгдэх үед маш их асуудалтай байсан. Уламжлалт процессын дагуу хөнгөн цагааны нунтаг нь шингэн чанар муутай бөгөөд хэвлэх толгойг ихэвчлэн хаадаг; агшилтын үед агшилтын хурд нь 15% -20% хүртэл байж болох бөгөөд маш их хүчин чармайлт гаргаж хэвлэсэн эд анги нь шатаж дуусмагц гажиг, хагардаг; нарийн төвөгтэй бүтэц үү? Энэ нь бүр илүү тансаг юм. Инженерүүд: "Энэ зүйл бол зэрлэг санаатай, гэхдээ гар хангалтгүй, зөрүүд зураачтай адил юм."
1. Орос томъёо: “шаазан хуяг” дээр тавиххөнгөн цагаанматриц
Анхны эргэлт нь материалын дизайны хувьсгалаас үүдэлтэй юм. 2020 онд ОХУ-ын Шинжлэх ухаан, технологийн үндэсний их сургуулийн (NUST MISIS) материал судлаачид эвдэрсэн технологийг зарлав. Тэд хөнгөн цагааны ислийн нунтагыг зүгээр л холихын оронд өндөр цэвэршилттэй хөнгөн цагааны нунтагыг автоклавт хийж, гидротермаль исэлдэлтийг ашиглан хөнгөн цагааны бөмбөлөг дээр нано түвшний хуяг наасан шиг хөнгөн цагааны ширхэг бүрийн гадаргуу дээр нарийн хянах боломжтой зузаантай хөнгөн цагаан ислийн хальсыг "ургасан". Энэхүү "гол бүрхүүлийн бүтэц" нунтаг нь лазер 3D хэвлэх (SLM технологи) үед гайхалтай гүйцэтгэлийг харуулдаг: хатуулаг нь цэвэр хөнгөн цагаан материалаас 40% илүү, өндөр температурт тогтвортой байдал нь ихээхэн сайжирч, нисэхийн түвшний шаардлагыг шууд хангадаг.
Төслийн удирдагч, профессор Александр Громов: "Өмнө нь нийлмэл материалууд нь салат шиг байсан - тус бүр өөрийн гэсэн бизнес эрхэлдэг байсан; манай нунтаг бол сэндвичтэй адил юм - хөнгөн цагаан, хөнгөн цагааны исэл нь бие биенээ давхаргаар нь хаздаг, аль нь ч нөгөөгүйгээр хийж чадахгүй." Энэхүү бат бөх холболт нь онгоцны хөдөлгүүрийн эд анги, хэт хөнгөн биеийн хүрээ зэрэгт материалаа ур чадвараа харуулах боломжийг олгодог бөгөөд титан хайлшийн нутаг дэвсгэрийг ч сорьж эхэлдэг.
2. Хятадын мэргэн ухаан: керамик эдлэлийг “тохируулах” ид шид
Хөнгөн цагааны керамик хэвлэлийн хамгийн том өвдөлтийн цэг бол агшилтын агшилт юм - та шавар дүрсийг сайтар зуурсан бөгөөд зууханд ороход тэр даруй төмсний хэмжээтэй болсон гэж төсөөлөөд үз дээ. Энэ нь хэр их сүйрэх вэ? 2024 оны эхээр Баруун Хойд Политехникийн Их Сургуулийн профессор Су Хайжуны багийнхан Journal of Materials Science & Technology сэтгүүлд нийтэлсэн үр дүн нь энэ салбарыг эхлүүлсэн: тэд бараг тэг агшилттай хөнгөн цагааны керамик цөмтэй болж, агшилтын хувь нь ердөө 0.3% болсон.
Нууц нь нэмэх явдал юмхөнгөн цагаан нунтагхөнгөн цагааны исэлд оруулаад дараа нь нарийн "агаар мандлын ид шид" тоглодог.
Хөнгөн цагааны нунтаг нэмнэ: Керамик зутан руу 15% нарийн хөнгөн цагаан нунтаг холино
Агаар мандалд хяналт тавих: Хөнгөн цагааны нунтаг исэлдэхээс сэргийлэхийн тулд нунтаглах ажлын эхэнд аргон хийн хамгаалалтыг ашиглана
Ухаалаг солих: Температур 1400 ° C хүртэл өсөхөд уур амьсгалыг гэнэт агаарт шилжүүлнэ
In-situ исэлдэлт: Хөнгөн цагааны нунтаг тэр даруй дусал болж хайлж, хөнгөн цагаан исэл болж исэлддэг ба эзэлхүүний тэлэлт нь агшилтыг нөхдөг.
3. Биндэрийн хувьсгал: хөнгөн цагаан нунтаг нь "үл үзэгдэх цавуу" болж хувирдаг.
Орос, Хятадын багууд нунтаг өөрчлөлт дээр шаргуу ажиллаж байгаа бол өөр нэг техникийн арга зам нь чимээгүй боловсорч гүйцсэн нь хөнгөн цагааны нунтагыг холбогч болгон ашиглах явдал юм. Уламжлалт керамик3D хэвлэхБиндэр нь ихэвчлэн органик давирхай бөгөөд тос арилгах явцад шатаах үед хөндий үлдэх болно. Дотоодын багийн 2023 оны патент нь өөр арга барилтай: хөнгөн цагааны нунтагыг усан суурьтай холбогч болгох47.
Хэвлэх явцад хушуу нь хөнгөн цагаан ислийн нунтаг давхарга дээр 50-70% хөнгөн цагаан нунтаг агуулсан "цавуу"-г нарийн шүршинэ. Тос арилгах үе шатанд ороход вакуум соруулж хүчилтөрөгчийг дамжуулж, хөнгөн цагааны нунтаг нь 200-800 ° C-т хөнгөн цагаан исэл болж исэлддэг. Эзлэхүүн 20% -иас дээш тэлэлтийн шинж чанар нь нүх сүвийг идэвхтэй дүүргэх, агшилтын хэмжээг 5% -иас бага байлгах боломжийг олгодог. "Энэ нь шатыг буулгаж, шинэ хана барьж, нүхээ дүүргэхтэй адил юм!" Нэгэн инженер ингэж тайлбарлав.
4. Бөөмийн урлаг: бөмбөрцөг нунтаг ялалт
Хөнгөн цагааны нунтаг "гадаад төрх" нь гэнэтийн нээлтийн түлхүүр болсон - энэ дүр төрх нь бөөмийн хэлбэрийг илэрхийлдэг. 2024 онд "Open Ceramics" сэтгүүлд хийсэн судалгаагаар бөмбөрцөг хэлбэртэй ба жигд бус хөнгөн цагааны нунтагыг хайлуулсан тунадасны (CF³) хэвлэх гүйцэтгэлийг харьцуулсан байна5:
Бөмбөрцөг нунтаг: нарийн ширхэгтэй элс шиг урсдаг, дүүргэх хурд нь 60% -иас давсан, хэвлэх нь гөлгөр, торгомсог
Тогтмол бус нунтаг: том ширхэгтэй элсэн чихэр шиг наалдсан, зуурамтгай чанар нь 40 дахин их, цорго нь амьдралд эргэлзээ төрүүлэхийн тулд бөглөрдөг.
Бүр илүү сайн, бөмбөрцөг нунтагаар хэвлэсэн эд ангиудын нягтрал нь шингэний дараа 89% -иас амархан давж, гадаргуугийн өнгөлгөө нь стандартад шууд нийцдэг. "Одоо хэн "муухай" нунтаг хэрэглэдэг хэвээр байна? Шингэн байдал бол байлдааны үр дүнтэй байдал юм!" Техникийн ажилтан инээмсэглэн дүгнэв5.
Ирээдүй: Од, далай нь жижиг, үзэсгэлэнтэй хамт оршдог
Хөнгөн цагааны оксидын 3D хэвлэлийн хувьсгал дуусаагүй байна. Цэргийн үйлдвэр нь турбофан ир үйлдвэрлэхэд бараг тэг агшилтын цөмийг ашиглахад тэргүүлсэн; биоанагаах ухааны салбар нь био нийцтэй байдалдаа дуртай болж, тусгайлан тохируулсан ясны суулгацыг хэвлэж эхэлсэн; электроникийн үйлдвэрлэл нь дулаан ялгаруулах субстратуудыг чиглүүлдэг - эцсийн эцэст хөнгөн цагаан ислийн дулаан дамжуулалт ба цахилгаан бус дамжуулалт нь орлуулшгүй юм.