• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
26.04.2023
Сколтех
2 238

Новый метод 3D-печати металлической пеной удешевит и ускорит производство фильтров и виброизоляции

4.5

Ученые из Сколтеха нашли способ печатать на 3D-принтере металлическую пену — особую форму металла, пригодную, например, для очистки нефти и газа от примесей, отвода тепла от горячих элементов кондиционера, гашения вибраций и звукоизоляции в автомобилях, самолетах и другом транспорте или на производстве. Новый подход к производству пенометалла экономит сырье, электроэнергию и время и снижает расходы на производство. Кроме того, расширяются возможности тонкой настройки свойств материала: можно варьировать размер и плотность расположения пор от одного участка детали к другому.

3D-принтер для лазерной наплавки металла, приспособленный учеными из Сколтеха к печати металлической пены
3D-принтер для лазерной наплавки металла, приспособленный учеными из Сколтеха к печати металлической пены / ©Олег Дубинин / Сколтех / Автор: Андрей Чернов

Методика описана в статье, опубликованной в Journal of Porous Materials. Пенометалл — класс материалов, внешне похожих на жесткую губку из металла. Они легкие, пористые и обладают большой прочностью на сжатие. Применяется металлическая пена в фильтрах для удаления примесей из нефти и газа. Она также хорошо подходит для звуко- и виброизоляции, например шумного отсека с корабельным двигателем. Кроме того, из-за наличия пор у пены высок показатель удельной площади поверхности на единицу объема, поэтому она может выступать в роли своего рода хай-тек-аналога ребер охлаждения — так называются пластины вроде тех, что торчат из радиатора отопления и эффективно отдают тепло в окружающее пространство.

Есть два традиционных подхода к изготовлению пенометалла: горячее прессование порошка и вспенивание расплава металла инертным газом. Научная группа из Сколтеха под руководством старшего преподавателя Станислава Евлашина предложила альтернативную методику, которая обещает сделать процесс производства более эффективным и управляемым с точки зрения тонкого контроля свойств материала.

Первый автор исследования, старший инженер Олег Дубинин из Центра технологий материалов Сколтеха, так объяснил основную суть метода прямой печати пенометалла: «Мы адаптировали к изготовлению пенометалла лазерную наплавку — распространенный метод 3D-печати, который изначально рассчитан на изготовление монолитных деталей либо наплавление покрытий. Мы уже показали, что такой подход применим к титану, алюминию и алюминиевой бронзе, но будут эксперименты и с другими металлами и сплавами. При этом не требуется никаких модификаций оборудования: всего лишь скорректировав ряд параметров программного обеспечения, мы расширяем возможности 3D-печати».

Печать происходит следующим образом: металлический порошок поступает в потоке инертного газа в зону действия лазера, который нагревает поверхностный слой частиц, сплавляя их друг с другом и с подложкой — так и получается металлическая пена. Основные отличия от обычной лазерной наплавки металла — значительно более низкая мощность лазера и точно откалиброванная скорость подачи порошка. Правильно подобранное сочетание этих параметров позволяет печатать изделия из пенометалла на обычной установке для лазерной наплавки. По словам авторов статьи в Journal of Porous Materials, прямая печать имеет ряд преимуществ перед традиционными подходами к изготовлению металлической пены в части эффективности и себестоимости.

Используемые сейчас методы включают две стадии производства. Первый вариант предполагает изготовление пористой металлической заготовки, которой затем придают нужную геометрию путем механической обработки. Второй вариант — изготовить форму и затем, собственно, выполнить с ее помощью отливку или прессование изделия. Так или иначе, наличие подготовительной стадии производства повышает расход сырья и времени. А при использовании прямой печати не нужна оснастка для пресс-формы, не остается металлической стружки от постобработки и в целом не требуется оборудования помимо 3D-принтера, что тоже сокращает себестоимость продукта.

Показатель энергоэффективности тоже высок, поскольку используется маломощный лазер. Если сравнивать со стандартной лазерной наплавкой цельнометаллического изделия, там мощность излучения выше примерно в 20 раз.

Еще одно преимущество связано с долей открытых пор в изделии. 3D-печать позволяет довести этот показатель почти до 100 процентов, что важно для фильтрации и отведения тепла. Открытые поры создают сеть каналов, сообщающихся с внешним миром. В закрытые поры проходящий через пену поток жидкости или газа не попадает, поэтому они бесполезны для фильтра. И рассеиванию тепловой энергии они тоже не способствуют.

В отличие от традиционных методов, которыми производится пена с однородной пористостью, прямая печать дает возможность филигранно контролировать размер и плотность расположения пор в каждой точке изделия. Допустим, можно сделать такой фильтр, размер пор в котором постепенно уменьшается по мере продвижения от точки входа к точке выхода, разделив его таким образом на зону грубой и зону глубокой очистки.

Подобным образом можно варьировать даже химический состав пены. Скажем, если она используется для отведения тепла, то вблизи места контакта с очень горячей деталью целесообразна высокая доля жаропрочного металла, например титана. По мере отдаления от источника тепла, состав изделия может смещаться в сторону большего содержания, предположим, алюминия. Высокая теплопроводность этого металла поможет быстрее сбрасывать тепловую энергию в окружающую среду. 

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Сколковский институт науки и технологий — негосударственный технологический университет, расположенный в инновационном центре Сколково. Институт был создан в 2011 году при поддержке Массачусетского технологического института. Модель института предусматривает тесную интеграцию технологического образования, исследовательской работы и предпринимательских навыков. Институт ведёт обучение по программам магистратуры и PhD, рабочий язык — английский.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Предстоящие мероприятия
Позавчера, 15:12
Андрей

Европейские гляциологи, используя первые снимки Восточной Антарктиды 1937 года, а также фотографии середины XX века и современные спутниковые данные, отследили, как менялись ледники в этом регионе на протяжении 85 лет.

8 часов назад
Мария Азарова

Ученые выявили генетическую мутацию, ответственную за напоминающий лакричные конфеты «салмиак» окрас шерсти, который недавно появился у домашних кошек в Финляндии.

Вчера, 11:00
НИУ ВШЭ

Исследователи Института когнитивных нейронаук НИУ ВШЭ использовали технологии автоматического распознавания эмоций для изучения благотворительного поведения. В рамках эксперимента ученые показали 45 участникам исследования фотографии собак, нуждающихся в помощи, и предложили сделать пожертвования в их поддержку. Эмоциональные реакции на изображения определяли по мимической активности с помощью программы FaceReader. Оказалось, что чем сильнее участники испытывали грусть и гнев, тем больше денег они готовы были отдать в благотворительные фонды, при этом персональный уровень финансового благополучия не влиял на размер пожертвований.

24 мая
Игорь Байдов

С помощью космических и наземных телескопов международная команда астрономов открыла похожий на нашу планету мир в так называемой зоне обитаемости, позволяющей воде существовать на поверхности тела в жидком состоянии. По космическим меркам экзопланета находится достаточно близко к Земле и, вероятно, представляет собой скалистый мир с благоприятным для жизни климатом. Подобные миры астрономы открывают крайне редко.

Позавчера, 15:12
Андрей

Европейские гляциологи, используя первые снимки Восточной Антарктиды 1937 года, а также фотографии середины XX века и современные спутниковые данные, отследили, как менялись ледники в этом регионе на протяжении 85 лет.

24 мая
Полина Меньшова

Чрезмерный или неконтролируемый просмотр порноконтента, как правило, связан с особенностями психологического и эмоционального состояния человека. Какие именно факторы вызывают потребность в видео «для взрослых», объяснили специалисты из Австралии.

15 мая
НИУ ВШЭ

Международный коллектив исследователей при участии ученых из Института когнитивных нейронаук НИУ ВШЭ изучил, как выбор иностранного языка влияет на когнитивные способности человека. Оказалось, что языки, непохожие на родной, стимулируют когнитивную функцию на начальном этапе их изучения, а близкие к родному имеют отложенный эффект и помогают мозгу эффективнее работать при более высоком уровне владения иностранным языком.

3 мая
Василий Парфенов

Ледяной покров Антарктики претерпевает значительные изменения на протяжении года, и его поведение хорошо изучено в общем. Но некоторые локальные аномалии объяснить не получается вот уже несколько десятилетий. Одна из них — полынья возвышения Мод, или полынья моря Уэдделла, которая появляется нерегулярно на одном и том же месте. Международная команда океанологов, наконец, смогла разгадать механизмы ее образования.

24 мая
Игорь Байдов

С помощью космических и наземных телескопов международная команда астрономов открыла похожий на нашу планету мир в так называемой зоне обитаемости, позволяющей воде существовать на поверхности тела в жидком состоянии. По космическим меркам экзопланета находится достаточно близко к Земле и, вероятно, представляет собой скалистый мир с благоприятным для жизни климатом. Подобные миры астрономы открывают крайне редко.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Причина отклонения
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: