Heraeus, немецкая технологическая группа, специализирующаяся на драгоценных металлах, произвела «крупнейший компонент из аморфного металла» с использованием аддитивного производства. Используя собственный запатентованный металлический порошок AMZ4 в стандартной системе 3D-печати SLM, деталь представляет собой зубчатое колесо из аморфных металлов, изготовленное методом аддитивного производства.
Имея высоту 65 мм и диаметр 110 мм, компания Heraeus впервые представила деталь из металлического сплава на выставке Automate 2019 в Чикаго. При нагревании аморфные металлы приобретают свойства, схожие со стеклом или пластиком, что открывает широкие возможности для использования в 3D-печати. Heraeus заявляет, что создание «мирового рекорда по аддитивному производству зубчатых колес из аморфных металлов» является важной вехой в аддитивном производстве, открывающей новые возможности проектирования для различных отраслей промышленности:
“Heraeus расширяет границы 3D-печати и открывает совершенно новые возможности проектирования для широкого спектра отраслей - от решений для автоматизации от робототехники до авиации, медицинской техники и автомобильной промышленности».
Что такое аморфные металлы?
Аморфные металлы отличаются от чистых металлов и классических сплавов тем, что они характеризуются неправильной, некристаллической структурой с областью переохлажденной жидкости в их термодинамическом профиле. Это позволяет ему сочетать исключительную твердость и высокий предел текучести с эластичностью и ковкостью, поскольку он подвергается непрерывному размягчению при нагревании, подобно обычным термопластам, используемым в производстве плавленых нитей (FFF).
Благодаря такому сочетанию свойств аморфные металлы представляют собой многообещающий объект исследования с помощью аддитивного производства, поскольку они также позволяют использовать методы 3D-печати на основе экструзии в отличие от лазерного спекания металлических порошков. Тобиас Каспари, старший вице-президент Heraeus по аддитивному производству, ранее подчеркивал возможные области применения: «Аморфные металлы изменят наше будущее. Они обладают широким спектром ранее несовместимых характеристик: они очень прочные и в то же время податливые, а также более твердые и более устойчивые к коррозии, чем обычные металлы».
Аддитивное производство самого крупного аморфного металлического компонента
Одним из ограничений аморфных металлов является то, что из этих материалов можно производить только небольшие детали, поскольку они часто требуют скорости охлаждения более 1000 кельвинов в секунду. Чтобы решить эту проблему и изготовить более крупный компонент из аморфного металла, компания Heraeus оптимизировала топологию зубчатого колеса во время разработки детали. Компания утверждает, что это позволило ее экспертам по материалам и процессам снизить вес на 50 процентов по сравнению с обычными промышленными версиями. Шестерня весила два килограмма, имела объем 294,97 см³ и площадь поверхности 93981,45 мм².
Метод 3D-печати SLM в сочетании с запатентованным Heraeus металлическим порошком AMZ4, сплавом для формования объемного металлического стекла (BMG) на основе циркония, также помог компании снизить вес шестерни, поскольку а также затраты и использование материалов для его производства.
Зубчатое колесо из аморфного металла можно увидеть вживую на стенде Heraeus на выставке Automate в Чикаго: 8-11 апреля 2019 г., McCormick Place, стенд 9619.
Потенциалы аморфного металла
Heraeus заявила, что с производством аморфного зубчатого колеса, изготовленного с помощью добавок, она затмила все свои предыдущие результаты. Технологическая группа работает над 3D-печатью аморфных металлов с 2016 года, когда она впервые включила этот материал в свой портфель 3D-печати металлами.
Сплавы BMG обладают огромным потенциалом в области 3D-печати для различных отраслей и областей применения. НАСА изучает потенциальные преимущества использования этого материала в своих космических кораблях при исследовании суровых условий. Материал имеет недостатки, однако проводятся исследования по улучшению материала в связи с его потенциальными возможностями использования. Например, группа исследователей во главе с доктором Линь Лю из Университета науки и технологии Хуажонг (HUST) в Китае обнаружила способ подавления микротрещин, которые могут возникнуть при 3D-печати аморфного металла.
Производитель 3D-принтеров из Массачусетса компания Desktop Metal также исследует возможности 3D-печати аморфными металлами в статье, написанной в соавторстве с исследователями из Йельского университета и Массачусетского технологического института. 3D-печать BMG может стать следующим шагом для технологического единорога.