3D-printade kompositdelar. Kredit:Sergey Gnuskov/NUST MISIS
Forskare från NUST MISIS har utvecklat en metod för att tillverka kompositdelar för flygindustrin, som har ökat styrkan hos färdiga produkter med 15 % tack vare en kombination av laserteknik och isostatisk pressning. Resultaten av studien har publicerats i The International Journal of Advanced Manufacturing Technology .
Kompositmaterialet av titan-kisel har unika mekaniska egenskaper som är nödvändiga för att skapa luft- och landtransport – hög draghållfasthet och styvhet. Delar gjorda av sådana kompositer efterfrågas av flygindustrin.
Egenskaperna hos denna fiberkomposit är starkt beroende av en ganska komplex tillverkningsteknik, vilket innebär ett antal betydande begränsningar. På grund av den höga kemiska aktiviteten hos titan är tillverkningsmetoderna i flytande tillstånd inte tillämpliga för tillverkning av titan-silikonkompositer.
Forskargruppen vid NUST MISIS Hybrid Additive Technologies Laboratory erbjöd en lösning på problemet – en hybridmetod som kombinerar laserteknik och varmpressning.
"Hybridmetoden som kombinerar laserpulverbäddsfusion och inkapslad varm isostatisk pressning användes för utarbetandet av en kompositdel bestående av titanlegeringsmatris förstärkt med kiselkarbidfibrer", säger Andrey Travyanov, medförfattare till utvecklingen, en ledande expert på NUST MISIS Hybrid Additive Technologies Laboratory.
"Metoden förutsätter att fibrerna kan placeras i matrisen efter tillverkningen av ett enda element. Därefter kunde delen med den slutliga formen sättas ihop med hjälp av de enskilda elementen. Konsolideringen av den slutliga delen kan utföras genom het isostatisk pressning. Det höga trycket och temperaturen kommer att inducera krympningen av gapen mellan matrisen och fibern och främja diffusionssammanfogningen av matriselement. Ytterligare införande av fibrer och sammansättning av flera enskilda element möjliggör framställning av förformen med jämn fördelning av fibrer i volymen."
Enligt utvecklarna bekräftades genomförbarheten av den föreslagna metoden experimentellt. Som ett resultat tillverkades de fiberförstärkta titanlegeringsdelarna med en volymandel av fibrer lika med 17 % framgångsrikt. Röntgentomografi avslöjade frånvaron av defekter i den erhållna delen och en god kontakt mellan matrisen och fibrerna.
Tester för trepunktsböjning visade att kompositdelen som skapats enligt den nya tekniken har betydligt högre – upp till 15 % – styrka och styvhetsindikatorer än delen som är gjord av en massiv titanlegering.
För närvarande arbetar den vetenskapliga gruppen med att optimera tekniken och utöka utbudet av tillverkade delar. + Utforska vidare
