O kulisach swoich osiągnięć oraz potencjalnych zastosowaniach badacze piszą na łamach Materials & Design. Łączenie właściwości brązu i stali stwarza bowiem szereg możliwości. Jakich dokładnie? Ano takich, z których skorzysta przemysł lotniczy i rakietowy. Wystarczy wyobrazić sobie komory spalania w silnikach wykorzystujące zdolność stali do wytrzymywania ekstremalnych temperatur i brązu do odprowadzania ciepła. W takich okolicznościach przegrzanie silnika stałoby się w zasadzie niemożliwe.
Druk 3D jest obiecujący dla wytwarzania części kompozytowych, wykazujących właściwości dwóch odrębnych materiałów tworzących kompozyt. […] stal jest odporna na wysokie temperatury powstające w wyniku spalania paliwa w działającym silniku. To świetnie, ale w porównaniu z brązem, stal jest słabym przewodnikiem ciepła, więc płyn chłodzący silnik nie może odprowadzać od niej ciepła wystarczająco skutecznie, aby zapobiec przegrzaniu i uszkodzeniu. Dzięki drukowi 3D, można uzyskać najlepsze z obu opcji, tworząc komorę spalania, która płynnie przechodzi z brązu wewnątrz […] do stali na zewnątrz wyjaśnia Igor Shishkovsky, Skoltech Materials
Historyczne połączenie stopu brązu i stali przy użyciu druku 3D było możliwe dzięki tzw. bezpośredniemu osadzaniu laserowemu. W ramach tej metody sproszkowane składniki są topione i łączone za pomocą wiązki laserowej. Ostatecznie udało się uzyskać dwa rodzaje połączeń: quasi-homogeniczne stopy oraz struktury warstwowe.
Pierwszy wariant dotyczy sytuacji, w której oba materiały są stosunkowo dobrze wymieszane, podczas gdy drugi oznacza, że składają się z naprzemiennych warstw brązu i stali o grubości 0,25 milimetra. Członkowie zespołu używali jednego rodzaju stali, lecz zmieniali jej zawartość, która wynosiła w uzyskanym stopie od 25% do 50%. Z kolei jeśli chodzi o brąz, to korzystali z trzech różnych jego odmian.
Naukowcy ze Skoltech Materials użyli metody druku 3D do połączenia stali i brązu
Aby przekonać się, jak wypadają właściwości strukturalne i mechaniczne uzyskanego stopu, naukowcy tworzyli pionowe pręty, analizując następnie ich kształt, skład chemiczny i mikrostrukturę. Gdyby pojawiły się pęknięcia, oznaczałoby to problemy z którymś z aspektów. Tak się jednak nie stało. Naukowcy zaczęli więc wycinać niewielkie fragmenty z różnych części próbek i badać ich wewnętrzną strukturę za pomocą optycznej oraz skaningowej mikroskopii elektronowej. Osobne testy obejmowały czysto mechaniczne próby wytrzymałościowe.
Czytaj też: Polacy wytwarzają przedmioty z użyciem chleba. Druk 3D po raz kolejny zaskakuje
Teraz, gdy potwierdziliśmy, że stal i brąz mogą być połączone w stopie i są kompatybilne z drukiem 3D poprzez bezpośrednie osadzanie laserowe, i znamy właściwości mechaniczne nowego materiału, możemy zbadać jego możliwe zastosowania. […] Kolejnym krokiem byłoby stworzenie łopatek turbiny ze wzmocnionego superstopu z kanałami chłodzącymi wykonanymi z brązu. Chodzi o połączenie zalet dwóch odrębnych materiałów w jednym, bezszwowym produkcie, bez spawania i innych łączeń. podsumowuje Konstantin Makarenko
