Дамасскую сталь теперь можно печатать на 3D-принтере
Инженеры из Института Макса Планка в Дюссельдорфе и Института лазерных технологий Фраунгофера в Аахене объединили технологии древности и современности, разработав способ печати дамасской стали на 3D-принтере.
Технология производства «пятнистой» стали уходит корнями в седую древность. Поскольку продукт, выходящий из сыродутой печи, был мало пригоден для создания практичных и долговечных изделий, еще 1300 лет назад кузнецам пришлось искать способ повысить качество стали. Одним из самых эффективных процессов стало комбинирование нескольких сортов стали с разным содержанием углерода, которые многократно складывались и прокаливались друг с другом. Таким образом удавалось не только регулировать физические характеристики стали, но также избавляться от большого количества вредных примесей и мелкого мусора. Характерные узоры — это визуальных эффект, возникающий на срезе итогового продукта и вызванный неоднородностью материала.
Вокруг способов производства «той самой, легендарной» дамасской стали сложено великое множество мифов. Современные мастера-оружейники, кузнецы и просто любители активно исследуют технологию дамаскировки. Наиболее распространенный вариант — комбинация двух разных сортов сплава, которую исследователи решили осовременить путем использования 3D-принтеров и лазеров.
Правда, вместо нескольких сортов стали в качестве теста инженеры решили использовать всего один — порошковый сплав железа, никеля и титана. Пока принтер слой за слоем наносит его по шаблонному паттерну, лазер расплавляет мельчайшие частички порошка друг с другом. Так формируется желаемая форма, однородная и весьма устойчивая.
В отличие от базовой металлической 3D-печати, в данном случае лазер используется для изменения кристаллической структуры металла. В результате образуется череда слоев твердой, но хрупкой и мягкой, но пластичной стали — все по канонам традиционной методики. «При определенных условиях нагрева образуются мелкие никель-титановые микроструктуры. Эти так называемые «осадки» затвердевают в единый материал. Под воздействием механических напряжений внутри этого материала они препятствуют движению дислокаций внутри кристаллической решетки, что характерно для пластической деформации», поясняет Филипп Кернштайнер, один из авторов проекта.
Институт Макса Планка
Процесс металлической 3D-печати
По мере добавления каждого слоя металлу дают остыть до температуры ниже 195 °C, формируя мягкий слой. Затем на него наносится новый слой металла, который под воздействием лазера изменяет структуру и обретает повышенную прочность. В результате получается сталь, которая представляет собой сочетание прочности и пластичности. По словам команды, изменяя энергию лазера, скорость процесса печати и другие факторы, свойства металла можно контролировать со значительной точностью.
«Эта технология открывает новые возможности для определенной настройки местных микроструктур во время аддитивного производства даже сложных деталей и делает ненужной последующую обработку», — говорит Кернштайнер. «До сих пор обычной практикой было использование в 3D-печати классических сплавов. Однако многие известные сорта стали не совсем оптимально подходят для аддитивного производства. Наш подход заключается в разработке новых сплавов, которые могут использовать весь потенциал 3D-печати».
