Lasery umožňujú zušľachtiť kovové 3D výtlačky aj bez ohrievania a tepania

Tím výskumníkov pod vedením Cambridgeskej univerzity vyvinul novú techniku, ktorá využíva vysokoenergetické lasery na jemné doladenie vlastností 3D výtlačku kovu bez porušenia komplexných tvarov, ktoré vytvára. Aditívna alebo 3D tlač sa ukazuje ako čoraz výkonnejší nástroj pre strojárstvo a výrobu, často sa s ňou však spájajú niektoré veľké nevýhody, ktorých prekonanie si vyžaduje nové prístupy. Na 3D tlač kovu je zvyčajne potrebný stroj, ktorý kladie tenké vrstvy kovovej zliatiny vo forme jemného prášku. Táto vrstva sa potom roztaví alebo speká pomocou laserového alebo elektrónového lúča, potom sa pridá ďalšia vrstva. Po dokončení tlače sa prebytočný prášok zmietne, čím sa odhalí konečný produkt.

Pomocou takejto tlače sa dajú rýchlo vytvárať veľmi zložité tvary. Problém je v tom, že existuje aj komplexná interakcia fyzikálnych, chemických a mechanických vlastností kovu. Ak nie sú riadne kontrolované, konečný produkt môže ísť do odpadkového koša. Veľmi jednoduchý príklad je nôž zhotovený 3D tlačou. Možno vyrobiť fantastickú čepeľ s krivkami a detailmi, ktoré by bolo takmer nemožné dosiahnuť konvenčnými prostriedkami, ale ak sa neriešia vlastnosti samotného kovu, čepeľ môže byť krehká a zlomiť sa alebo taká mäkká, že nedrží ostrie.

No kovorobotníci vďaka dlhým rokom praxe a podpore vedy vyvinuli osvedčené techniky na kontrolu vlastností kovov. V podstate ide o zmenu kryštalickej štruktúry kovov rôznymi spôsobmi ich zahrievania a tepania. Riadeným ohrevom, chladením a kovaním sa dá jemne vyladiť štruktúra kusa kovu, až kým nebude vhodný na všetko od skalpela po nosník. To je v poriadku pri jednoducho tvarovaných kovových predmetoch, ale zložitý 3D vytlačený tvar nemôžete napchať do pece alebo doň tĺcť kladivom.

Preto sa tím z Cambridgea, ktorý zahŕňal výskumníkov zo Singapuru, Švajčiarska, Fínska a Austrálie, rozhodol použiť lasery na zmenu kovu in situ. Myšlienka bola taká, že laser by selektívne roztavil body na dokončenom objekte vyrobenom z nehrdzavejúcej ocele, čím by sa zmenila kryštalická štruktúra. Týmto spôsobom by mohli urobiť potlačený kov pevným a zároveň odstrániť krehkosť, ktorú zvykne vykazovať. Selektívny ohrev v malej miere premení laser na mikroskopické kladivo.

Jednou z metód výroby vysokokvalitných čepelí mečov je použitie dvoch rôznych kovov, ako je oceľ a železo, a ich mnohonásobné zváranie a skladanie. Cambridgeský tím prišiel s niečím podobným, keď striedal miesta ošetrené laserom s tými, ktoré zostali neošetrené. To im umožnilo veľkú mieru kontroly nad konečnými vlastnosťami objektu. V blízkej budúcnosti sa výskumníci pokúsia obísť nízkoteplotné spracovanie v peci, čím sa ďalej zníži počet krokov potrebných pred použitím 3D tlačených dielov v inžinierskych aplikáciách. Výskum bol publikovaný v časopise Nature Communications.

Zdroj: newatlas.com.