RMIT ve Sidney Üniversitesi'ndeki araştırmacılar, Hong Kong Politeknik Üniversitesi ve İsveçli yazılım geliştiricisi Hexagon'un Üretim Zekası bölümü ile işbirliği içinde, yeni bir titanyum alaşımlı malzemeyi başarıyla geliştirdiler. Bu araştırma başarısı, titanyum alaşımlarının birçok alanda uygulanması için yeni olanaklar sunuyor ve daha sürdürülebilir üretim yöntemlerinin gerçekleştirilmesi için faydalı sonuçlar sağlıyor.
△Lazer yönlendirmeli enerji biriktirme 3D ile yazdırılan titanyum alaşımının mikro yapısının şematik diyagramı
Yeni 3D baskılı titanyum alaşımı ne yapıyor?
Bu titanyum alaşımı güçlü, dövülebilir, ayarlanabilir ve sürdürülebilirdir. Geleneksel üretim titanyum alaşımlarının maliyeti yüksektir ve bu araştırma, diğer alanların yanı sıra havacılık, biyotıp, kimya mühendisliği, uzay ve enerji alanlarındaki uygulamalarla yeni yüksek performanslı titanyum alaşımları için potansiyel sunmaktadır.
Araştırma ekibi, lazerle yönlendirilmiş enerji biriktirme (L-DED) teknolojisi kullanarak metal tozundan bu yeni titanyum alaşımını 3B yazdırmak için alaşım ve 3B baskı süreci tasarımının bir kombinasyonunu kullandı. Bu yenilikçi üretim süreci, titanyum alaşımlarının üretimini daha sürdürülebilir ve uygun fiyatlı hale getiriyor.
△Tingting Song (solda) ve Ma Qian (sağda)
RMIT Üniversitesi'nden baş araştırmacı Profesör Ma Qian, döngüsel ekonomi kavramını tasarıma dahil ettiklerini söyledi. Yeni alaşım, vanadyum ve alüminyum gibi maliyetli katkı maddeleri olmadan, ancak ucuz ve bol oksijen ve demir ile hurda ve düşük dereceli malzemeler kullanılarak üretilebilir.
Profesör Qian, "Atık ve düşük kaliteli malzemelerin yeniden kullanılması, ekonomik değer katma ve titanyum endüstrisinin yüksek karbon ayak izini azaltma potansiyeline sahiptir."
Çalışmanın baş yazarı, RMIT'de doktora öğrencisi olan Tingting Song'dur. Ekibin yeni konseptlerini doğrulamaktan endüstriyel uygulamaları gerçekleştirmeye kadar önemli bir aşamada olduğunu söyledi.
Song ekledi: "3D baskının, geleneksel yöntemlere göre açık avantajlarla yeni alaşımlar yapmak için tamamen farklı bir yol sunduğu için heyecanlanmak için nedenlerimiz var. Endüstrinin yöntemimizden faydalanması için potansiyel bir fırsat var." Atık ferro-titanyum süngerin, "spesifikasyon dışı" geri dönüştürülmüş yüksek oksijenli titanyum tozunun veya yüksek oksijenli atık titanyumdan yapılan titanyum tozunun yeniden kullanımı.
△Araştırma makalesi "Nature" dergisinde yayınlandı ve araştırma başlığı "3D Printing Manufacturing Yoluyla Güçlü ve Sert Demir Titanyum Oksit Alaşımlarının Gerçekleştirilmesi".
Yeni alaşım geliştirmedeki zorluklar
Ekibin alaşımı, Ti-6Al-4V olarak bilinen alfa-titanyum fazı ve beta-titanyum fazının karışımı olan iki titanyum kristal formundan oluşur. Her form, belirli bir atom düzenlemesine karşılık gelir.
Ti-6Al-4V, geleneksel üretim yöntemlerinde yüzde 6 alüminyum ve yüzde 4 vanadyum kullanan ve titanyum alaşımı pazarının yüzde 50'den fazlasını oluşturan en yaygın titanyum alaşımıdır. Yeni çalışma, alüminyum ve vanadyum yerine oksijen ve demir kullandı. Bu elementler, kolayca bulunabilmeleri ve nispeten düşük maliyetli olmalarının yanı sıra, -titanyum ve -titanyum fazlarının en etkili iki stabilizatörü ve güçlendiricisidir.
Geleneksel olarak, yüksek seviyelerde titanyum ve oksijen içeren titanyum alaşımları, geliştirme ve benimseme zorluklarıyla karşı karşıya kalmıştır.
Qian şu yorumu yaptı: "Bir zorluk, halk arasında 'titanyumun kriptoniti' olarak tanımlanan oksijenin titanyumun kırılgan hale gelmesine neden olmasıdır; başka bir zorluk da, demir ilavesinin büyük -titanyum fazı tabakalarının morfolojisinde ciddi kusurlara yol açabilmesidir."
△Ekip, lazerle yönlendirilmiş enerji biriktirme (L-DED) teknolojisi aracılığıyla yeni alaşımın - faz arayüzünde atomik seviyedeki mikro yapının 3D baskısını başarıyla gerçekleştirdi.
L-DED 3D baskı teknolojisinin kullanılması, araştırmacıların zorlukların üstesinden başarıyla gelmelerini sağlar
L-DED 3D baskı, genellikle büyük ve karmaşık parçalar oluşturmak için kullanılır ve bilim adamlarının alaşımların mekanik özelliklerini ayarlamasına olanak tanır. Oksijen ve demir atomlarının dağılımı üzerinde hassas kontrol ile alaşımda nano ölçekli titanyum kristalleri oluşturmayı başardılar. Bu, alaşımın belirli alanlarını çok güçlü hale getirirken, diğerleri sünektir ve malzemenin gerildiğinde kırılgan hale gelmemesini sağlar.
Ekip, Hexagon'un Simufact Welding yazılımındaki DED modülünü bu tür bileşenlerin bir dizisini 3D olarak yazdırmak ve test etmek için kullandı. Testten sonra, araştırmacılar alaşımlarının süneklik ve mukavemet açısından diğer ticari titanyum alaşımlarıyla karşılaştırılabilir olduğunu buldular.
Sidney Üniversitesi'nden yardımcı araştırmacı Profesör Simon Ringer şöyle açıkladı: "Anahtar etkinleştirici, oksijen ve demir atomlarının alfa-titanyum ve beta-titanyum fazları arasında ve içinde benzersiz dağılımıdır. Güçlü yüksek dahil olmak üzere yüksek seviyeli oksijen gradyanı -oksijen bölgeleri ve sünek düşük oksijen bölgeleri, yerel atomik bağları kontrol etmemize ve böylece kırılganlık problemini hafifletmemize izin verir.
