Металл, похожий на ткань: найден способ улучшить 3D-печать сплавов с памятью формы

Команда учёных из Института материалов IMDEA и Мадридского технического университета разработала метод изготовления высокодеформируемых тканых конструкций из никель-титанового сплава (нитинола) с помощью технологии лазерной плавки порошкового слоя (LPBF). Результаты опубликованы в журнале Virtual and Physical Prototyping.

Нитинол — сплав никеля и титана, обладающий сверхэластичностью и эффектом памяти формы, то есть способностью возвращаться к исходной геометрии после деформации. При изготовлении деталей из нитинола методом 3D-печати материал теряет часть этих свойств: обратимая деформация напечатанных образцов примерно вдвое ниже, чем у нитинола, произведённого традиционными промышленными способами. Причина — повышенная хрупкость, возникающая при работе с порошковым сырьём.

Вместо попыток улучшить сам материал исследователи сосредоточились на архитектуре изделий. Они разработали алгоритмическую систему проектирования переплетённых метаматериалов, имитирующих структуру ткани. На её основе были созданы два типа конструкций: трубчатые решётки и цилиндрические тканые структуры, а также сетки, сферы и кольца.

Механические испытания напечатанных образцов показали, что варьирование геометрии позволяет изменять жёсткость, несущую способность и энергопоглощение конструкций на несколько порядков. Для контроля качества печати учёные сопоставили данные компьютерной томографии готовых изделий с цифровыми моделями, подтвердив точность воспроизведения спроектированной геометрии.

По словам одного из авторов работы Карлоса Агилара Веги, это первая демонстрация того, что механические ограничения аддитивного производства нитинола можно компенсировать исключительно за счёт конструктивных решений. Полученные результаты применимы в робототехнике, аэрокосмической промышленности и медицине при создании высокопроизводительных приводов и адаптивных устройств.

Источник: Tech Xplore