Ученые из Российского национального университета науки и технологий (НИТУ) МИСиС разработали наноуглеродную добавку для алюминиевого порошка, полученного из нефтяных отходов, для улучшения 3D-печати аэрокосмических композитов.

Ученым удалось в 1,5 раза повысить твердость алюминиевых деталей, напечатанных на 3D-принтере, и значительно снизить их пористость, что открыло путь к повышению безопасности алюминиевых деталей, производимых для применения в авиационной и космической промышленности.

«Изменение химического и фазового состава порошка для печати путем введения дополнительных компонентов в матрицу позволяет улучшить его свойства, — сказал заведующий лабораторией, профессор НИТУ« МИСиС »Александр Громов. «В частности, углеродные нановолокна обладают высокой теплопроводностью, что позволяет минимизировать температурные градиенты между напечатанными слоями при синтезе продукта, на стадии селективного лазерного плавления.

«Благодаря этому микроструктура материала может быть практически полностью устранена из-за неоднородностей».

Добавление углеродных нановолокон в алюминиевый порошок

Несмотря на то, что титановые компоненты, напечатанные на 3D-принтере, предпочитают в аэрокосмической, медицинской и автомобильной промышленности из-за их высокого отношения прочности к весу, развитие технологии 3D-печати алюминием означает, что космический и авиационный секторы являются основными областями применения этой технологии.

Одной из проблем, с которыми сталкивается использование алюминиевого порошка для производства высокотехнологичных деталей для этих приложений, является его высокая пористость, которая может приводить к дефектам печатных структур и, следовательно, создавать проблемы безопасности. Чтобы противостоять этому, ученые из лаборатории MISIS Catalis Lab предложили добавлять углеродные нановолокна к алюминиевому порошку, чтобы улучшить однородность и плотность материала при печати.

Используя такие методы, как химическое осаждение, ультразвуковая обработка и инфракрасная (ИК) термообработка, ученые синтезировали наноуглеродные добавки, которые должны были быть побочным продуктом переработки попутного нефтяного газа или отработанного масла. Во время каталитического разложения отработанного масла углерод в виде нановолокон накапливается на дисперсных металлических частицах катализатора, которые ученые получили и использовали для разработки своей технологии.

За счет интеграции углеродных нановолокон с алюминиевым порошком ученые смогли повысить твердость продуктов, напечатанных с использованием этого материала, в 1,5 раза и обеспечить, чтобы материал обладал свойствами низкой пористости.

Дальнейшие подробности исследования можно найти в статье под названием «Синтез in-situ и определение характеристик порошкообразного нанокомпозита« углеродные нанотрубки / нанооксид алюминия »», опубликованной в журнале Composite Communications. Соавторами исследования: Э.Л. Дзидзигури, А.А. Васильев, А.Ю. Наливайко, Д.Ю. Ожерелков, Н.С. Захарова, А.С. Шинкерёв, А.А. Громов.

scientists strengthen 3d printing for aerospace with carbon nanofibers from oil waste 3d printing industry a8c88e0 Детали авиации напечатаны на 3D-принтере из новых металлических порошков. Изображение предоставлено Сергеем Гнусковым / НИТУ «МИСиС».

3D-печать алюминием для авиакосмической промышленности

Хотя титан примерно в шесть раз прочнее алюминия, исследователи НИТУ «МИСиС» надеются сопоставить его свойства с компонентами из алюминия путем дальнейшей разработки оптимальных условий для селективного лазерного плавления (SLM) новых композитных порошков. Ученые также стремятся разработать технологии постобработки и промышленного использования синтезированных продуктов.

В 2018 году НИТУ «МИСиС» разработал новый состав металлического порошка — оксид алюминия сверхвысокой чистоты (UHPA), который вдвое увеличивает прочность алюминиевых деталей. Команда использовала материал для разработки 3D-печатных прототипов с использованием SLM. С тех пор непрерывно развивающиеся методы и приложения постепенно повысили жизнеспособность материала для аэрокосмической промышленности.

Год спустя Центр космических полетов им. Маршалла (MSFC) НАСА стал первым коммерческим заказчиком порошка для 3D-печати из алюминия 7A77, разработанного исследовательским центром HRL Laboratories с целью изучения потенциала 3D-печати для печати крупномасштабных компонентов. Вскоре после этого исследователи HRL начали работать с командами компании nTopology, занимающейся программным обеспечением для 3D-проектирования и разработки, и поставщиком услуг в области аэрокосмического производства Morf3D, чтобы изучить потенциал 7A77 в приложениях для передачи тепла и потока. В то время 77A7 считался самым прочным на сегодняшний день алюминием для аддитивного производства.

В другом месте производитель высокопроизводительных материалов QuesTek Innovations LLC объявил о разработке нового исходного материала для 3D-принтера из алюминиевого сплава в сотрудничестве с Немецким аэрокосмическим центром (DLR), а компания Amaero, специализирующаяся на высокопроизводительной 3D-печати алюминиевого сплава Amaero HOT Al, специализируется на 3D-печати. вступила в четвертый и заключительный этап утверждения международного патента.

Совсем недавно немецкий производитель металлических 3D-принтеров SLM Solutions работал с аэрокосмическим подразделением многонационального производственного конгломерата Honeywell над созданием набора параметров для 3D-печати алюминия F357. Сообщается, что этот материал может открыть двери для более широкого производства компонентов самолетов, напечатанных на 3D-принтере, которые соответствуют отраслевым стандартам.

scientists strengthen 3d printing for aerospace with carbon nanofibers from oil waste 3d printing industry d917d4f Образец узла, напечатанный на 3D-принтере из порошка UHPA. Фото через НИТУ «МИСиС».

Подпишитесь на информационный бюллетень индустрии 3D-печати, чтобы получать последние новости в области аддитивного производства. Вы также можете оставаться на связи, подписавшись на нас в Twitter и поставив нам отметку «Нравится» на Facebook.

Обязательно подпишитесь на подкаст Another Dimension в выбранном вами проигрывателе подкастов, чтобы не пропустить ни одной серии.

Ищете карьеру в аддитивном производстве? Посетите раздел «Работа в 3D-печати», чтобы узнать о вакансиях в отрасли.

На представленном изображении показаны детали авиации, напечатанные на 3D-принтере из новых металлических порошков. Изображение предоставлено Сергеем Гнусковым / НИТУ «МИСиС».

Теги 7A77 А.А. Васильев А.Ю. Наливайко А.А. Громов А.С. Шинкерёв Александр Громов алюминий F357 Amaero Amaero HOT AI Д. Ю. Ожерелков DLR EL Дзидзигури Немецкий аэрокосмический центр honeywell HRL Laboratories MISIS Catalis Lab Morf3D Н.С. Технология nTopology НИТУ «МИСиС QuesTek Innovations» ООО «SLM Solutions» Глинозем сверхвысокой чистоты UHPA scientists strengthen 3d printing for aerospace with carbon nanofibers from oil waste 3d printing industry f643aa8

Хейли Эверетт

Хейли — технологический журналист в 3DPI и имеет опыт работы в публикациях B2B, посвященных производству, инструментам и велосипедному спорту. Писая новости и статьи, она проявляет большой интерес к новым технологиям, которые влияют на мир, в котором мы живем.


Источник