صنع أقوى سبيكة تيتانيوم في العالم باستخدام تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد

[إعلان 1]

توصل العلماء إلى نتائج جديدة من خلال تطبيق تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد على سبائك التيتانيوم، مما أدى إلى مضاعفة قوة المادة وتوسيع تطبيقاتها المحتملة في مجال الفضاء.

سبيكة تيتانيوم جديدة تتمتع بمقاومة تعب قياسية. الصورة: iStock — سبيكة تيتانيوم جديدة تتمتع بمقاومة تعب قياسية. الصورة: *iStock*

أعلنت الأكاديمية الصينية للعلوم (CAS) عن هذا الإنجاز في دراسة نُشرت في مجلة نيتشر في 28 فبراير. وجاء هذا البحث ثمرة تعاون بين العالمين تشانغ تشن جون وتشانغ تشيفنغ من مختبر شنيانغ لعلوم المواد التابع لمعهد أبحاث المواد التابع للأكاديمية، وروبرت ريتشي من جامعة كاليفورنيا، بيركلي. ووفقًا للورقة البحثية، وُلدت فكرة البحث في الصين، حيث أُنتجت عينات المواد هناك أيضًا. وشارك ريتشي في عملية المراجعة.

على الرغم من أن الطباعة ثلاثية الأبعاد أحدثت ثورة في مجال التصنيع، إلا أن استخدامها يقتصر على تصنيع الأجزاء التي تتطلب مقاومة عالية للتعب. وتُعرف مقاومة التعب بأنها قدرة قطعة الآلة على مقاومة أضرار التعب، مثل تآكل التروس وتشقق السطح.

الطباعة ثلاثية الأبعاد للمعادن، التي تستخدم الليزر لصهر مسحوق المعدن وتشكيله في أشكال معقدة في وقت قصير، مثالية لتصنيع مكونات كبيرة ومعقدة بسرعة. ومع ذلك، فإن الحرارة العالية الناتجة عن أشعة الليزر القوية المستخدمة عادةً أثناء الطباعة قد تؤدي إلى تكوّن جيوب هوائية داخل القطعة، مما قد يؤثر على أداء السبيكة. يمكن أن تصبح هذه الجيوب الصغيرة مصدر إجهاد، مما يؤدي إلى تشقق مبكر، مما يقلل من عمر تحمل المادة للإجهاد.

لحل هذه المشكلة، قرر الفريق إنتاج سبيكة تيتانيوم بدون مسام. طوّروا عملية باستخدام Ti-6Al-4V، وهي سبيكة من التيتانيوم والألومنيوم والفاناديوم، حققت أعلى مقاومة تعب بين سبائك التيتانيوم المعروفة. ووفقًا لتشانغ تشن جون، تبدأ العملية بكبس حراري متساوي الحرارة لإزالة المسام، يليه تبريد سريع قبل حدوث أي تغييرات في البنية الداخلية للسبيكة. نتج عن هذه العملية سبيكة مسامية ذات زيادة بنسبة 106% في مقاومة التعب للشد، من 475 ميجا باسكال القياسية إلى 978 ميجا باسكال، مسجلةً رقمًا قياسيًا عالميًا .

قال تشانغ تشن جون إن هذا الإنجاز يُبشر بتطبيقات واعدة في الصناعات التي تتطلب مواد خفيفة الوزن، مثل مركبات الفضاء والمركبات العاملة بالطاقة الجديدة. حتى الآن، لم تُنتج هذه المادة إلا على نطاق نموذج أولي، وهو على شكل دمبل، ويبلغ قياس أرق جزء منه 3 مم، وهو صغير جدًا للتطبيقات العملية. ورغم أن هذه التقنية لا تزال في مرحلة تجريبية، إلا أنها تتمتع بإمكانيات كبيرة لتصنيع أجهزة معقدة.

وفقًا لهيئة الفضاء الصينية، صُنعت العديد من أجزاء صناعة الطيران والفضاء، بما في ذلك فوهة صواريخ ناسا، وهيكل طائرة جيه-20 المقاتلة، وفوهة وقود طائرة سي-919 الصينية، باستخدام تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد. ومع إمكانية توسيع نطاق هذه التقنية مستقبلًا، سيتم تطبيقها على نطاق أوسع.

آن كانج (وفقًا لـ Tech Times )

[إعلان 2]
رابط المصدر