Лазер і гарячий дріт. Новий метод 3D-друку зменшує витрати дорогих матеріалів

Японські дослідники показали новий спосіб виробництва надтвердих карбідів вольфраму з кобальтом, які використовують для інструментів, що піддаються сильному зносу. Технологія дозволяє надрукувати матеріал точно там, де він потрібен, зберігаючи його твердість та структуру, і водночас мінімізуючи відходи та витрати.

Про це пише видання Interesting Engineering.

Карбіди вольфраму з кобальтом застосовують для ріжучих інструментів, штампів та будівельної техніки. Їхня міцність та зносостійкість забезпечується надтвердою структурою. Традиційне виробництво таких матеріалів через порошкову металургію потребує високого тиску, високих температур і довгого спікання, що призводить до великих втрат дорогих матеріалів — вольфраму та кобальту — і обмежує можливості змінювати форму виробів.

Нова технологія використовує гарячий дріт і лазер, що дозволяє наносити матеріал тільки там, де він потрібен. Лазер підсвічує і розігріває дріт, який м’яко з'єднується з основою, не плавлячись повністю. Це зменшує термічне пошкодження та зберігає мікроструктуру матеріалу.

«Карбіди є надтвердими матеріалами для ріжучих кромок і подібних застосувань, але виготовляються з дуже дорогих матеріалів, таких як вольфрам і кобальт, тому зменшення їхнього використання дуже бажане. Завдяки адитивному виробництву карбід можна наносити лише там, де він потрібен, що зменшує витрати матеріалу,» — пояснив керівник дослідження Кейта Марумото.

Дослідники випробували два підходи: рух дроту попереду лазера або рух лазера попереду дроту над металевою основою. Обидва методи дозволяли уникати повного плавлення, зменшували пошкодження від тепла та зберігали твердість. Додатковий шар з нікелевого сплаву і контроль температури вирішили проблеми з розпадом карбіду та нерівномірною твердістю.

В результаті експерименту карбід досяг твердості понад 1400 HV, що ставить його серед найтвердіших матеріалів у промисловості. Дослідники не виявили серйозних дефектів або розкладання при оптимальних умовах.

Марумото додав: «Підхід формування металів шляхом їхнього розм’якшення, а не повного плавлення, є новим і може застосовуватися не лише до карбідів, а й до інших матеріалів.»

У подальшій роботі команда планує зменшити тріщини, ускладнити форми виробів і випробувати технологію для ріжучих інструментів та інших систем матеріалів.