นวัตกรรมการออกแบบของโลหะผสมไททาเนียมที่มีคุณสมบัติที่น่าตื่นเต้นผ่านการพิมพ์ 3 มิติ

ทีมวิจัยนี้นำโดยศาสตราจารย์ Liu Chain-Tsuan ศาสตราจารย์กิตติคุณของมหาวิทยาลัยในวิทยาลัยวิศวกรรมศาสตร์ และเพื่อนร่วมรุ่นอาวุโสของ Hong Kong Institute for Advanced Study (HKIAS) ของ CityU ดร.จาง เทียนหลง ดุษฎีบัณฑิตในภาควิชาวัสดุศาสตร์และวิศวกรรมศาสตร์ (MSE) ได้ทำการทดลอง เอกสารของพวกเขาซึ่งประธาน Way Kuo จาก CityU ได้มีส่วนร่วมด้วย ได้รับการตีพิมพ์เมื่อเร็วๆ นี้ในScienceหัวข้อ "การออกแบบโลหะผสมไททาเนียมขั้นสูงในแหล่งกำเนิดด้วยการปรับความเข้มข้นโดยการผลิตแบบเพิ่มเนื้อ" การพิมพ์ 3 มิติ: ไม่ใช่แค่เทคโนโลยีการสร้างรูปร่าง คนส่วนใหญ่ถือว่าการพิมพ์ 3 มิติเป็นเทคโนโลยีปฏิวัติวงการที่สามารถผลิตชิ้นส่วนเครื่องจักรที่มีรูปร่างซับซ้อนได้ภายในขั้นตอนเดียว "อย่างไรก็ตาม เราเปิดเผยว่ามันมีศักยภาพที่สำคัญในการออกแบบวัสดุมากกว่าแค่การออกแบบรูปทรงเรขาคณิต" ดร. จาง ซึ่งจบปริญญาเอกที่ CityU ภายใต้การดูแลของศาสตราจารย์ Liu เมื่อต้นปีนี้กล่าว นักโลหะวิทยามักจะคิดว่าการขาดความสม่ำเสมอในส่วนประกอบโลหะผสมเป็นสิ่งที่ไม่พึงปรารถนา เพราะมันนำไปสู่คุณสมบัติที่ไม่ดี เช่น ความเปราะบาง หนึ่งในประเด็นสำคัญในกระบวนการผลิตแบบเติมเนื้อวัสดุคือวิธีกำจัดความไม่สม่ำเสมอนี้ระหว่างการทำความเย็นอย่างรวดเร็ว แต่การศึกษาการสร้างแบบจำลองและการจำลองก่อนหน้านี้ของดร. Zhang พบว่าระดับหนึ่งของความแตกต่างในส่วนประกอบต่างๆ สามารถสร้างโครงสร้างจุลภาคที่มีลักษณะเฉพาะและแตกต่างกัน ซึ่งช่วยเพิ่มคุณสมบัติของโลหะผสมได้ ดังนั้นเขาจึงพยายามทำให้ผลการจำลองเหล่านี้เป็นจริงโดยใช้การผลิตแบบเพิ่มเนื้อ การออกแบบโครงสร้างจุลภาคที่ไม่เหมือนใคร "คุณลักษณะเฉพาะของการผลิตแบบเติมเนื้อวัสดุทำให้เรามีอิสระมากขึ้นในการออกแบบโครงสร้างจุลภาค" ดร. จาง อธิบาย ซึ่งเป็นผู้เขียนคนแรกของบทความนี้ด้วย "โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เราได้พัฒนาวิธีการทำให้เป็นเนื้อเดียวกันบางส่วนเพื่อผลิตโลหะผสมที่มีการไล่ระดับความเข้มข้นในระดับไมโครเมตรด้วยความช่วยเหลือของการพิมพ์ 3 มิติ ซึ่งไม่สามารถทำได้ด้วยวิธีการผลิตวัสดุแบบเดิม" วิธีการที่นำเสนอเกี่ยวข้องกับการหลอมและการผสมผงโลหะผสมและผงสเตนเลสสองชนิดที่แตกต่างกันโดยใช้ลำแสงเลเซอร์ที่โฟกัส ด้วยการควบคุมพารามิเตอร์ต่างๆ เช่น กำลังแสงเลเซอร์และความเร็วในการสแกนในระหว่างกระบวนการพิมพ์ 3 มิติ ไทเทเนียม ทีมงานจึงประสบความสำเร็จในการสร้างองค์ประกอบที่ไม่สม่ำเสมอขององค์ประกอบในโลหะผสมชนิดใหม่ด้วยวิธีที่ควบคุมได้ ศาสตราจารย์ Liu กล่าวว่า "นอกเหนือจากการใช้การผลิตสารเติมแต่งแล้ว ส่วนประกอบของส่วนผสมของผงทั้งสองยังเป็นกุญแจสำคัญอีกประการหนึ่งในการสร้างโครงสร้างจุลภาคที่คล้ายลาวาอย่างที่ไม่เคยมีมาก่อน พร้อมความสามารถในการแพร่กระจายสูงในโลหะผสมชนิดใหม่" ศาสตราจารย์ Liu กล่าว "โครงสร้างจุลภาคที่เป็นเอกลักษณ์เหล่านี้ทำให้เกิดคุณสมบัติเชิงกลสูงสุด ทำให้โลหะผสมมีความแข็งแรงมากแต่เหนียว และน้ำหนักเบา" โลหะผสมแบบใหม่: เบาขึ้น 40% และแข็งแรงเป็นพิเศษ ในขณะที่เหล็กกล้าไร้สนิมโดยทั่วไปอยู่ที่ 7.9 กรัมต่อลูกบาศก์เซนติเมตร โลหะผสมชนิดใหม่นี้มีน้ำหนักเพียง 4.5 กรัมต่อลูกบาศก์เซนติเมตร ส่งผลให้น้ำหนักเบาลงประมาณ 40% ในการทดลองของพวกเขา โลหะผสมไททาเนียมที่มีโครงสร้างจุลภาคคล้ายลาวามีความต้านทานแรงดึงสูงประมาณ 1.3 กิกะปาสคาลโดยมีการยืดตัวสม่ำเสมอประมาณ 9% นอกจากนี้ยังมีความสามารถในการชุบแข็งงานที่ยอดเยี่ยมกว่า 300 เมกะปาสคาล ซึ่งรับประกันความปลอดภัยที่มากก่อนการแตกหัก และมีประโยชน์ในการใช้งานโครงสร้าง ศาสตราจารย์ Liu กล่าวว่า "คุณสมบัติที่ยอดเยี่ยมเหล่านี้มีแนวโน้มที่ดีสำหรับการใช้งานโครงสร้างในสถานการณ์ต่างๆ เช่น อุตสาหกรรมการบินและอวกาศ ยานยนต์ เคมี และการแพทย์" “ในฐานะทีมแรกที่ใช้การพิมพ์ 3 มิติเพื่อพัฒนาโลหะผสมใหม่ที่มีโครงสร้างจุลภาคและคุณสมบัติเฉพาะ เราจะนำแนวคิดการออกแบบนี้ไปใช้กับระบบโลหะผสมต่างๆ เพื่อสำรวจคุณสมบัติอื่นๆ ของโลหะผสมใหม่ต่อไป” เขากล่าวเสริม