Tytan z drukarki 3D wciąż nie taki, jakiego byśmy oczekiwali. Na horyzoncie pojawiła się nowa metoda

Tytan stworzony przy użyciu drukarki 3D? Udało się to australijskim naukowcom, co może oznaczać początek nowej ery w inżynierii. Gdyby proces udało się skomercjalizować, mielibyśmy nowy, znacznie prostszy sposób wytwarzania zaawansowanych stopów.
Nowy stop tytanu jest drukowany 3D za pomocą wytwarzania przyrostowego w złożu proszkowym /Fot. Monash University
Nowy stop tytanu jest drukowany 3D za pomocą wytwarzania przyrostowego w złożu proszkowym /Fot. Monash University

Zespół uczonych z Monash University wykazał, jak najnowocześniejsze techniki druku 3D mogą być wykorzystane do produkcji ultrawytrzymałego komercyjnego stopu tytanu. Gdyby proces ten dało się usprawnić i opanować, oznaczałoby to krok naprzód dla przemysłu lotniczego, kosmicznego, energetycznego i biomedycznego. Zyskałoby mnóstwo branż, w których stopy tytanu są obecnie wykorzystywane. Szczegóły opisano w czasopiśmie Nature Materials.

Jak wytworzyć tytan?

Otrzymywanie metalicznego tytanu to proces skomplikowany, składający się z pięciu etapów: przeróbki rud tytanu, otrzymywaniu czterochlorku tytanu, procesie Krolla, oczyszczaniu i topieniu tytanu.

Tytan reaguje z tlenem w wysokich temperaturach, więc niemożliwe jest jego otrzymywany przez redukcję dwutlenku tytanu. Do celów handlowych stosuje się kosztowny proces Krolla – jego wysoka wartość rynkowa jest spowodowana głównie obecnością innego drogiego metalu – magnezu.

Czytaj też: Wielki triumf bioinżynierii! Ucho z drukarki 3D przeszczepione pierwszej pacjentce

Australijscy naukowcy, kierowani przez prof. Aijuna Huanga i dr Yumana Zhu wykorzystali technikę druku 3D do wytworzenia mikrostruktury stopu tytanu o niespotykanej dotąd wydajności mechanicznej. Eksperymenty przeprowadzono na komercyjne dostępnych składnikach, więc metoda ta może być natychmiastowo zastosowana.

Prof. Aijun Huang mówi:

Stopy tytanu wymagają skomplikowanego odlewania i obróbki termomechanicznej, aby osiągnąć wysokie wytrzymałości wymagane w niektórych krytycznych zastosowaniach. Odkryliśmy, że wytwarzanie addytywne może wykorzystać swój unikalny proces wytwarzania do tworzenia ultrawytrzymałych i stabilnych termicznie części w komercyjnych stopach tytanu, które mogą być bezpośrednio wdrożone do użytku. Po prostej obróbce cieplnej na komercyjnym stopie tytanu, osiągnięto odpowiednie wydłużenie i wytrzymałość na rozciąganie powyżej 1600 MPa, co jest najwyższą wytrzymałość właściwą wśród wszystkich metali dotychczas wydrukowanych 3D.

W ciągu ostatniej dekady, technika druku 3D pozwoliła na rozwinięcie wielu innowacyjnych metod wytwarzania trudnych do uzyskania stopów metali. Ze względu na swobodę projektowania, technika ta pozwala na wytworzenie niemal dowolnego kształtu geometrycznego części. Stopy tytanu są obecnie drukowane 3D dla przemysłu lotniczego. Ale dla wielu dziedzin ich właściwości mechaniczne są niewystarczające.

Czytaj też: Druk 3D cię zadziwił? Ciekawe jak zareagujesz na druk 4D

Prof. Aijun Huang dodaje:

Nasze odkrycia oferują zupełnie nowe podejście do utwardzania wydzieleniowego w komercyjnych stopach, które można wykorzystać do produkcji rzeczywistych komponentów o złożonym kształcie do aplikacji przenoszącej obciążenia. Takie zastosowanie jest do tej pory nieobecne dla jakichkolwiek stopów tytanu. Drukowanie 3D plus prosta obróbka cieplna oznacza również, że koszt procesu jest znacznie mniejszy w porównaniu do innych materiałów o podobnej wytrzymałości.

Naukowcy mają nadzieje, że najnowsze badania doprowadzą do usprawnienia metod druku 3D nie tylko tytanu, ale również innych, trudnych do uzyskania stopów metali.