Grain boundary engineering
О применении аддитивных технологий с GBE. Читать голосом из американских научно-популярных фильмов 50х годов.
Монокристаллы, направленная кристаллизация и прочее лишь небольшой раздел т.н. дисциплины grain boundary engineering (GBE).
О чём это? Большинство материалов (металлы, керамики, многие полимеры) имеют довольно сложную структуру. Они состоят из т.н. “зерен”. Между зернами есть границы (поверхность). Есть пространство между зернами. Зерна могут быть из небольших кристаллов (кристаллитов) или множества мелких кристаллов, групп частиц и прочего.
Форма, размеры зерен, их расположение относительно друг друга, толщина и состав границ, межзеренное пространство, включения зерен из других материалов и прочее, определяют свойства материала. Многие методы обработки и создания материалов работают именно с формой и размерами зерен. Но это в классическом подходе.
Конструируя зерна и границы между ними можно конструировать свойства материала. Поменяли размеры зерен - одни свойства, изменили состав и толщину границ - другие свойства.
Но, все эти мысленные упражнения могут разбиваться о технологии создания материалов. Каждая технология имеет свои особенности и ограничения. При литье возникают одни структуры, при прокатке или ковке другие, при различных методах термической обработки третьи, и т.д. Создать можно только небольшой вариант форм.
До определенного времени относительно гибких технологий работы по GBE было всего несколько. Это различные варианты ковки материалов из нескольких слоёв (вроде булатных сталей), порошковая металлургия (когда можно поставить соответствие частица порошка - зерно), все остальное упиралось в те или иные ограничения.
Появление аддитивных технологий несколько изменило ситуацию. Стало возможно работать уже на уровне отдельных зерен. Да, во многом это методы развития порошковой металлургии (при работе с технологиями спекания и сплавления). А вот технологии полного плавления материалов это уже новое.
В том случае, если возможно полностью расплавить материал в объёме, сопоставимом с размером зерна, то можно по сути “нарисовать” зерно любой формы, да и размера. Можно делать длинные зерна, рисовать зернами узоры в плоскости. При достаточно высокой точности делать объёмные узоры из зерен.
Это позволяет создавать материалы с ранее невозможными свойствами.
Одна из таких технологий LB-PBF (полное плавление) - плавление порошков металлов лазерным лучом. В этом случае размеры ванной расплава сопоставимы с размерами зерен. При застывании расплава отдельные кристаллы сопоставимы с размерами этой ванны расплава. А это от одного до нескольких сотен микрометров. И главное, лазерным лучом можно рисовать практически любые зерна, что в плоскости одного слоя, что в объёме. А при определенных условиях добиваться и направленной кристаллизации в границах крупных зерен.
Это пока прикладные исследования. Больше для научных и исследовательских организаций.
Мы разрабатываем, производим и поставляем 3D принтеры для печати металлами по технологии LB-PBF (полное плавление материала).
Last updated