آیا چاپ سه‌بعدی می‌تواند تولید یکی از سخت‌ترین مواد مهندسی را متحول کند؟

پژوهشگران دانشگاه هیروشیما با استفاده از فناوری ساخت افزایشی (چاپ سه‌بعدی) و تابش لیزری سیم داغ، راهی برای تولید کاربید تنگستن-کبالت (WC–Co) یافته‌اند. این ماده که از سخت‌ترین مواد مهندسی محسوب می‌شود، به‌طور سنتی با روش‌های پرهزینه و پراتلاف تولید می‌شود. روش جدید امکان رسوب‌دهی انتخابی این ماده را تنها در محل مورد نیاز فراهم کرده و مصرف مواد اولیه گران‌قیمت مانند تنگستن و کبالت را به‌طور چشمگیری کاهش می‌دهد.

ساخت افزایشی با تابش لیزری سیم داغ

به جای روش‌های متداول مانند متالورژی پودر، تیم تحقیقاتی از ترکیب ساخت افزایشی و تابش لیزری سیم داغ استفاده کردند. در این روش، یک پرتو لیزر با یک سیم پرکننده پیش‌گرم‌شده ترکیب می‌شود. پیش‌گرمایش سیم، نرخ رسوب‌دهی را افزایش داده و انرژی مورد نیاز لیزر را کاهش می‌دهد. پژوهشگران دو رویکرد «میله‌پیشرو» و «لیزر پیشرو» را برای نرم کردن و شکل‌دهی مواد بدون ذوب کامل آن‌ها ارزیابی کردند تا از آسیب به ساختار شکننده ماده جلوگیری شود.

دستیابی به کاربیدهای بدون عیب با کیفیت صنعتی

نتایج این تحقیق که در نشریه International Journal of Refractory Metals and Hard Materials منتشر شده، نشان می‌دهد ماده تولیدشده با این روش، سختی بالای ۱۴۰۰ HV را حفظ کرده و عاری از عیب یا تجزیه است. این سطح از سختی، ماده را در رده مقاوم‌ترین مواد صنعتی، اندکی پایین‌تر از الماس و یاقوت، قرار می‌دهد. با وجود چالش‌هایی مانند تجزیه WC در روش میله‌پیشرو، استفاده از یک لایه میانی مبتنی بر آلیاژ نیکل و کنترل دقیق دما، منجر به تولید موفقیت‌آمیز کاربید سمانته با حفظ خواص مکانیکی شد.

جهت‌گیری‌های آینده برای این فناوری

کیتا ماروموتو، نویسنده مسئول این مطالعه، رویکرد شکل‌دهی مواد از طریق نرم کردن به جای ذوب کامل را نوآورانه و قابل تعمیم به سایر مواد دانست. اولویت‌های تحقیقاتی آینده شامل مدیریت مسئله ترک‌خوردگی، ایجاد اشکال پیچیده‌تر، ساخت ابزارهای برشی و بررسی مواد دیگر برای بهبود دوام است. این فناوری پتانسیل تحول در تولید مواد فوق‌سخت با کاهش هزینه و اتلاف را دارد.

منبع: رکنا

اخبار علم و فناوری