تطوير تقنية التحريك بالليزر من NIST لطباعة السبائك عالية الإنتروبيا بتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد

أخبار ar.wedoany.com، طوّر باحثون في المعهد الوطني للمعايير والتقنية (NIST) طريقة للتحريك بالليزر مخصصة للتصنيع المضاف للمعادن، مما يحل عقبة طويلة الأمد في إنتاج السبائك عالية الإنتروبيا (HEA)، وهي تحقيق خلط متجانس للمعادن المختلفة على المستوى الذري أثناء عملية التصلب.

تحتوي السبائك عالية الإنتروبيا على نسب متساوية تقريبًا من معادن متعددة، على عكس السبائك التقليدية التي تعتمد على معدن واحد كقاعدة مع إضافات طفيفة. يمنحها هذا التركيب مزايا أداء في درجات الحرارة المرتفعة، مما يجعلها مرشحة لمكونات المحركات النفاثة والمفاعلات النووية. إلا أن اختلاف كثافة المعادن المكونة ونقاط انصهارها وتوتراتها السطحية يؤدي إلى ميلها للانفصال إلى مناطق منفصلة عند تبريد المصهور، مما يعقّد عملية الإنتاج.

قال فيزيائي NIST فان تشانغ، المشارك في قيادة المشروع: "تتطلب السبائك عالية الإنتروبيا خلطًا على المستوى الذري. إن مزج المعادن بتلك النسب يحتاج إلى جهد إضافي."

توفر الطباعة ثلاثية الأبعاد للمعادن مسارًا محتملاً لتجاوز قيود الصب التقليدي. وأضاف تشانغ: "من الصعب تصنيع أجزاء من السبائك عالية الإنتروبيا باستخدام طرق تقليدية مثل الصب. لكننا نعتقد أن الطباعة ثلاثية الأبعاد للمعادن قد تكون حلاً."

إعادة تصميم مسار الليزر

تعدّل طريقة فريق NIST طريقة تحرك الليزر أثناء عملية الصهر بالليزر على طبقة المسحوق. فبدلاً من تحرك الليزر على طول مسارات خطية تقليدية فوق طبقة المسحوق، قام الباحث هو يونغ بتوجيه الليزر على طول مسار بيضاوي حلقي، مما يؤدي إلى تحريك المصهور بنشاط أثناء تكوّنه.

أوضح يونغ: "لا تستطيع برامج الطابعات ثلاثية الأبعاد التجارية توليد هذه المسارات. إن تعديلاتها على مسار الليزر محدودة جدًا، لذا اضطررنا إلى كتابة البرنامج من الصفر."

نظرًا لأن هذه التقنية لا تتطلب أجهزة جديدة، يمكن من حيث المبدأ إعادة برمجة الطابعات ثلاثية الأبعاد المعدنية الحالية لاستخدامها.

تم اختبار الطريقة من خلال دمج مادتين مختلفتين بشكل كبير في الأداء: RHEA-19 (سبيكة عالية الإنتروبيا كثيفة) وسبيكة تيتانيوم خفيفة الوزن. وللتأكد من نجاح عملية الخلط، تعاون NIST مع مصدر الفوتون المتقدم (APS) في مختبر أرجون الوطني، وهو منشأة مسرّع بحجم ملعب رياضي تنتج حزمًا من الأشعة السينية أكثر سطوعًا بحوالي 500 مليار مرة من تلك المستخدمة في التصوير السني. مكنت هذه الحزم الباحثين من مراقبة التغيرات الهيكلية الذرية للمعادن أثناء تحولها من الحالة السائلة إلى الصلبة في أقل من ثانية.

قال تشانغ: "يعد APS واحدًا من مصادر الفوتون القليلة في العالم القوية بما يكفي للسماح لنا بإجراء هذا النوع من القياسات."

نحو السبك حسب الطلب

بالإضافة إلى السبائك عالية الإنتروبيا، يشير الباحثون إلى أن تقنية التحريك يمكن أن تدعم نطاقًا أوسع من السبك حسب الطلب داخل الطابعة، وذلك بخلط مساحيق المعادن العنصرية بدلاً من الاعتماد على مواد خام مسبقة السبك. يمكن لآلة مزودة بمساحيق عنصرية إنتاج مجموعة من السبائك، مما يقلل تكاليف المواد ويوسع نطاق التركيبات القابلة للطباعة.

يمكن أيضًا استخدام هذه الطريقة لتغيير تركيب السبيكة باستمرار داخل نفس الجزء، فعلى سبيل المثال، يمكن طباعة شفرة توربين نفاثة باستخدام معادن متعددة دون الحاجة إلى وصلات لحام.

قال يونغ: "نريد تسريع عملية تصنيع السبائك. تمتلك الطباعة ثلاثية الأبعاد للمعادن القدرة على تصنيع أجزاء لم تكن ممكنة في السابق."

نُشرت هذه الدراسة في مجلة "التصنيع المضاف" (Additive Manufacturing).

تم إعداد هذا المقال بواسطة Wedoany. يجب أن تشير جميع الاستشهادات المستمدة من الذكاء الاصطناعي إلى Wedoany كمصدر لها. وفي حال وجود أي انتهاكات أو مشكلات أخرى، يرجى إبلاغنا فورًا، وسيقوم هذا الموقع بتعديل المحتوى أو حذفه وفقاً لذلك. البريد الإلكتروني: news@wedoany.com