A scuperta di a polvere d'alumina in i materiali di stampa 3D
Entrendu in u laburatoriu di l'Università Politecnica di Northwestern, un apparecchiu di fotopolimerizazionestampante 3D ronza ligeramente, è u raghju laser si move precisamente in a pasta ceramica. Solu uni pochi d'ore dopu, un core ceramicu cù una struttura cumplessa cum'è un labirintu hè cumpletamente prisentatu - serà adupratu per funde e pale di e turbine di i motori di l'aerei. U prufessore Su Haijun, chì hè incaricatu di u prugettu, hà indicatu u cumpunente delicatu è hà dettu: "Trè anni fà, ùn avemu mancu osatu pensà à una tale precisione. A scuperta chjave hè piattata in questa polvere d'alumina discreta".
Una volta, a ceramica d'alumina era cum'è un "studiante prublematicu" in u campu diStampa 3D– alta resistenza, resistenza à alta temperatura, bon isolamentu, ma una volta stampata, hà avutu assai prublemi. Sottu à i prucessi tradiziunali, a polvere d'alumina hà una scarsa fluidità è spessu blocca a testa di stampa; u tassu di ritirata durante a sinterizzazione pò esse finu à u 15%-20%, è e parti chì sò state stampate cù grande sforzu si deformeranu è si creperanu appena brusgiate; strutture cumplesse? Hè ancu di più un lussu. L'ingegneri sò turbati: "Sta cosa hè cum'è un artista testardu, cù idee salvatiche ma micca abbastanza mani".
1. Formula russa: Mettendu una "armatura ceramica" nantu à ualuminiumatrice
U puntu di svolta hè ghjuntu prima da a rivoluzione in a cuncepzione di i materiali. In u 2020, i scientifichi di i materiali di l'Università Naziunale di Scienza è Tecnulugia (NUST MISIS) di Russia anu annunziatu una tecnulugia rivoluzionaria. Invece di mischjà simpliciamente polvere d'ossidu d'aluminiu, anu messu polvere d'aluminiu d'alta purezza in un'autoclave è anu utilizatu l'ossidazione idrotermale per "cresce" un stratu di film d'ossidu d'aluminiu cù un spessore cuntrullatu precisamente nantu à a superficia di ogni particella d'aluminiu, cum'è mette un stratu di armatura à livellu nano nantu à a sfera d'aluminiu. Sta polvere di "struttura core-shell" mostra prestazioni stupende durante a stampa laser 3D (tecnologia SLM): a durezza hè 40% più alta di quella di i materiali d'aluminiu puru, è a stabilità à alta temperatura hè assai migliorata, rispondendu direttamente à i requisiti di l'aviazione.
U prufessore Alexander Gromov, u capu di u prugettu, hà fattu una analogia vivida: "In u passatu, i materiali cumposti eranu cum'è insalate - ognunu era incaricatu di i so affari; e nostre polveri sò cum'è panini - l'aluminiu è l'alumina si mordenu l'unu l'altru stratu per stratu, è nimu di i dui ùn pò fà senza l'altru." Questu forte accoppiamentu permette à u materiale di mustrà a so abilità in e parti di i motori di l'aerei è in i telai di carrozzeria ultraleggeri, è cumencia ancu à sfidà u territoriu di e leghe di titaniu.
2. Saviezza cinese: a magia di "mette" a ceramica
U più grande puntu di dulore di a stampa ceramica d'alumina hè a ritirata di sinterizazione - imaginate chì avete impastatu cù cura una figura d'argilla, è si hè ritirata à a dimensione di una patata appena entrata in u fornu. Quantu si sfracellerebbe ? À u principiu di u 2024, i risultati publicati da a squadra di u prufessore Su Haijun à a Northwestern Polytechnical University in u Journal of Materials Science & Technology anu datu u via à l'industria: anu ottenutu un core ceramicu d'alumina à ritirata quasi nulla cù un tassu di ritirata di solu 0,3%.
U sicretu hè di aghjunghjepolvere d'aluminiuà l'alumina è dopu ghjucà una precisa "magia d'atmosfera".
Aghjunghje polvere d'aluminiu: Mischjà 15% di polvere d'aluminiu fina in a pasta ceramica
Cuntrullà l'atmosfera: Aduprà a prutezzione di gasu argon à l'iniziu di a sinterizazione per impedisce à a polvere d'aluminiu di ossidà si.
Commutazione intelligente: Quandu a temperatura ghjunghje à 1400 ° C, cambia subitu l'atmosfera in aria
Ossidazione in situ: a polvere d'aluminiu si fonde istantaneamente in gocce è s'ossida in ossidu d'aluminiu, è l'espansione di u vulume compensa a cuntrazione
3. Rivuluzione di u legante: a polvere d'aluminiu si trasforma in "colla invisibile"
Mentre e squadre russe è cinesi travaglianu duramente nantu à a mudificazione di a polvere, un'altra strada tecnica hè maturata tranquillamente - l'usu di a polvere d'aluminiu cum'è legante. Ceramica tradiziunaleStampa 3DI leganti sò per u più resine organiche, chì lasceranu cavità quandu sò brusgiate durante u sgrassaggio. U brevettu di u 2023 di una squadra naziunale adotta un approcciu diversu: trasfurmà a polvere d'aluminiu in un legante à basa d'acqua47.
Durante a stampa, l'ugellu spruzza accuratamente a "colla" chì cuntene 50-70% di polvere d'aluminiu nantu à u stratu di polvere d'ossidu d'aluminiu. Quandu si tratta di a fase di sgrassaggio, u vacuum hè aspiratu è l'ossigenu hè passatu, è a polvere d'aluminiu hè ossidata in ossidu d'aluminiu à 200-800 ° C. A caratteristica di espansione di u vulume di più di 20% permette di riempie attivamente i pori è di riduce u tassu di ritirata à menu di 5%. "Hè equivalente à smantellà l'impalcatura è custruisce un novu muru à u listessu tempu, riempiendu i vostri buchi!" un ingegnere l'hà descrittu cusì.
4. L'arte di e particelle: a vittoria di a polvere sferica
L'"aspettu" di a polvere d'alumina hè diventatu inaspettatamente a chjave di e scoperte - questu aspettu si riferisce à a forma di e particelle. Un studiu in a rivista "Open Ceramics" in u 2024 hà paragunatu e prestazioni di e polveri d'alumina sferiche è irregulari in a stampa per deposizione fusa (CF³)5:
Polvere sferica: scorre cum'è a sabbia fina, a velocità di riempimentu supera u 60%, è a stampa hè liscia è setosa
Polvera irregulare: attaccata cum'è u zuccheru grossu, a viscosità hè 40 volte più alta, è l'ugellu hè bluccatu per dubità di a vita
Ancu megliu, a densità di e parte stampate da a polvere sferica supera facilmente l'89% dopu a sinterizzazione, è a finitura superficiale risponde direttamente à u standard. "Quale usa sempre a polvere "brutta" avà? A fluidità hè efficacia in cummattimentu!" Un tecnicu hà surrisu è hà cunclusu5.
Avvene: Stelle è mari coesistenu cù u picculu è u bellu
A rivoluzione di a stampa 3D di a polvere d'alumina hè luntanu da esse finita. L'industria militare hà pigliatu l'iniziativa in l'applicazione di nuclei à ritirata quasi nulla per fabricà pale di turbofan; u campu biomedicu hà pigliatu una passione per a so biocompatibilità è hà cuminciatu à stampà impianti ossei persunalizati; l'industria elettronica hà miratu i substrati di dissipazione di u calore - dopu tuttu, a cunduttività termica è a cunduttività non elettrica di l'alumina sò insustituibili.