При финансовой поддержке НАСА и использовании методов, аналогичных 3D-печати, исследователи из Университета науки и технологии Миссури проводят компьютерное моделирование процессов, которые могут привести к созданию более прочных и долговечных материалов для космического агентства.
Исследователи S&T из штата Миссури также планируют в ближайшее время изготовить некоторые из этих новых материалов, говорит доктор Фрэнк Лиоу, директор университетской лаборатории лазерного производства (LAMP) и профессор Майкла и Джойс Битнар по инновациям и творчеству..
В течение последних 15 лет Лиу и его коллеги разрабатывали метод изготовления, известный как аддитивное производство. Процесс включает в себя использование мощных лазеров для расплавления мелких частиц порошкообразных материалов, когда они выходят из сопла, для создания трехмерных форм слой за слоем. Этот метод похож на 3D-печать, популярность которой в последние годы возросла.
По словам Лиоу, аддитивный подход применим к широкому спектру производств - от изготовления крупных компонентов самолетов до мельчайших биоматериалов, используемых в хирургических процедурах. Некоторые ученики Лиу, которые любят рыбалку, даже шутят об использовании инструментов аддитивного производства LAMP для изготовления каноэ слой за слоем.
Подходы к аддитивному производству позволяют получить более плотный и прочный материал, чем традиционные методы, такие как фрезерование, механическая обработка или ковка металлов. Лиоу, который также руководит программой производственной инженерии Missouri S&T, говорит, что стальные детали, изготовленные с использованием аддитивного метода, на 10 процентов прочнее стали, подвергнутой механической обработке.
В своем последнем исследовании Лиоу сочетает аддитивное производство с более традиционными подходами к созданию материалов. Он называет этот подход «гибридным производством».
С гибридным производством исследователи S&T могут применить технологию аддитивного производства для создания компонентов самолета из двух разных металлов - возможно, стали и меди - и затем сгладить шероховатости деталей с помощью автоматизированной обработки с числовым программным управлением.
Лиу получил от НАСА около 660 000 долларов на разработку компьютерных моделей различных подходов к аддитивному производству. Он считает, что эти модели помогут лучше понять, как слоистые материалы прилипают к поверхности, на которую они наносятся.
«Во многих аэрокосмических или биомедицинских применениях вы не можете позволить себе усталость металла» или растрескивание материала, говорит Лиоу. «Важно понимать, насколько хорошо осаждаемый металл связывается с поверхностью».
Лиу недавно получил еще 750 000 долларов от НАСА для поддержки следующего этапа этого исследования: изготовления новых материалов, обычно не наблюдаемых в природе. По словам Лю, исследование может привести к получению более прочных металлов, а также к способу ремонта дорогих компонентов вместо их утилизации.
«Замена некоторых штампов или пресс-форм может стоить четверть миллиона долларов», - говорит Лиу.