โลหะผสมไททาเนียมที่แข็งแกร่งที่สุดในโลกที่สร้างขึ้นโดยใช้เทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติ

นักวิทยาศาสตร์ ได้บรรลุผลลัพธ์ใหม่ด้วยการนำเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติมาประยุกต์ใช้กับโลหะผสมไททาเนียม ทำให้วัสดุมีความแข็งแรงเพิ่มขึ้นเป็น 2 เท่า และขยายขอบเขตการนำไปประยุกต์ใช้ในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ

โลหะผสมไททาเนียมชนิดใหม่มีความแข็งแรงทนทานต่อความล้าสูงเป็นประวัติการณ์ ภาพ: iStock — โลหะผสมไททาเนียมชนิดใหม่มีความแข็งแรงทนทานต่อความล้าสูงเป็นประวัติการณ์ ภาพ: *iStock*

สถาบันวิทยาศาสตร์จีน (CAS) ได้ให้รายละเอียดเกี่ยวกับความสำเร็จดังกล่าวในผลการศึกษาที่ตีพิมพ์ในวารสาร Nature เมื่อวันที่ 28 กุมภาพันธ์ การวิจัยดังกล่าวเป็นผลงานร่วมมือระหว่างนักวิทยาศาสตร์ Zhang Zhenjun และ Zhang Zhefeng จากห้องปฏิบัติการวิทยาศาสตร์วัสดุ Shenyang ของสถาบันวิจัยวัสดุของ CAS และ Robert Ritchie จากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย เบิร์กลีย์ ตามรายงานระบุว่าแนวคิดในการวิจัยนี้เกิดขึ้นในประเทศจีน และตัวอย่างวัสดุก็ถูกสร้างขึ้นที่นั่นเช่นกัน Ritchie ได้เข้าร่วมในกระบวนการตรวจสอบ

แม้ว่าการพิมพ์ 3 มิติจะปฏิวัติการผลิต แต่การใช้งานนั้นจำกัดอยู่เพียงการผลิตชิ้นส่วนที่ต้องมีความทนทานต่อความล้าสูง ความแข็งแรงต่อความล้าหรือความทนทานต่อความล้าคือความสามารถของชิ้นส่วนเครื่องจักรในการต้านทานความเสียหายจากความล้า เช่น การเกิดหลุมเฟืองและการแตกร้าวบนพื้นผิว

การพิมพ์โลหะแบบ 3 มิติ ซึ่งใช้เลเซอร์ในการหลอมผงโลหะและเรียงเป็นชั้นๆ เป็นรูปทรงที่ซับซ้อนภายในเวลาอันสั้น เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการผลิตชิ้นส่วนขนาดใหญ่ที่ซับซ้อนอย่างรวดเร็ว อย่างไรก็ตาม ความร้อนสูงที่เกิดจากลำแสงเลเซอร์อันทรงพลังซึ่งมักใช้ในระหว่างการพิมพ์อาจทำให้เกิดช่องอากาศภายในชิ้นส่วน ซึ่งอาจส่งผลต่อประสิทธิภาพของโลหะผสม ช่องอากาศเล็กๆ เหล่านี้อาจกลายเป็นแหล่งที่มาของความเครียด ทำให้เกิดรอยแตกร้าวก่อนเวลาอันควร ซึ่งจะลดอายุการใช้งานของวัสดุ

เพื่อแก้ปัญหานี้ ทีมงานจึงตัดสินใจผลิตโลหะผสมไททาเนียมที่ไม่มีรูพรุน โดยพัฒนากระบวนการโดยใช้ Ti-6Al-4V ซึ่งเป็นโลหะผสมไททาเนียม-อะลูมิเนียม-วาเนเดียม ที่มีความแข็งแรงในการต้านทานความล้าสูงสุดในบรรดาโลหะผสมไททาเนียมที่รู้จักทั้งหมด ตามที่จาง เจิ้นจุนกล่าว กระบวนการนี้เริ่มต้นด้วยการกดแบบไอโซเทอร์มอลร้อนเพื่อขจัดรูพรุน จากนั้นจึงทำการทำให้เย็นลงอย่างรวดเร็ว ก่อนที่จะเกิดการเปลี่ยนแปลงใดๆ ในโครงสร้างภายในของโลหะผสม กระบวนการนี้ส่งผลให้โลหะผสมที่มีรูพรุนมีความแข็งแรงในการต้านทานความล้าเพิ่มขึ้น 106% จากมาตรฐาน 475 MPa เป็น 978 MPa ซึ่งสร้างสถิติโลก

จางเจิ้นจุนกล่าวว่าความสำเร็จนี้ถือเป็นความหวังสำหรับการประยุกต์ใช้ในอุตสาหกรรมที่ต้องการวัสดุน้ำหนักเบา เช่น การบินและอวกาศและยานยนต์พลังงานใหม่ จนถึงขณะนี้ วัสดุดังกล่าวผลิตได้เพียงในขนาดต้นแบบเท่านั้น ซึ่งมีรูปร่างเหมือนดัมเบลล์ โดยส่วนที่บางที่สุดมีขนาด 3 มม. ซึ่งเล็กเกินไปสำหรับการใช้งานจริง แม้ว่าเทคโนโลยีนี้จะยังอยู่ในขั้นทดลอง แต่ก็มีศักยภาพอย่างมากในการผลิตอุปกรณ์ที่ซับซ้อน

ตามข้อมูลของ CAS ชิ้นส่วนอากาศยานจำนวนมาก รวมถึงหัวฉีดบนจรวดของ NASA โครงเครื่องบินขับไล่ J-20 และหัวฉีดเชื้อเพลิงบนเครื่องบิน C919 ของจีน ถูกสร้างขึ้นโดยใช้เทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติ ด้วยความสามารถในการขยายขนาดในอนาคต เทคโนโลยีใหม่นี้จะถูกนำไปใช้ในวงกว้างมากขึ้น

อัน คัง (ตามรายงานของ Tech Times )

ลิงค์ที่มา