Немецкие ученые воссоздали легендарную дамасскую сталь с помощью 3D-принтера
Инженеры из Института Макса Планка в Дюссельдорфе и Института лазерных технологий в Аахене объединили древние и современные технологии, разработав способ 3D-печати из дамасской стали
Характерной для легендарной стали структуры с чередованием более мягких и жестких слоев удалось добиться с помощью циклического нагрева и охлаждения. Дамасская сталь (или просто дамаск) — вид стали с видимыми неоднородностями на стальной поверхности, чаще всего в виде узоров. Ее получали благодаря комбинированию нескольких сортов стали с разным содержанием углерода, которые многократно складывались и прокаливались друг с другом. Контролируя содержание углерода, кузнец мог создать прочную, гибкую сталь для сердечника меча, а затем приварить жесткую и твердую сталь для кромки лезвия.
Сегодня дамасская сталь обычно изготавливается из двух разных сортов стального сплава, но это все еще ремесло, в котором больше искусства, чем науки. Но инженерам удалось перенести дамасскую сталь в XXI век, используя 3D-принтеры и лазеры.
Вместо использования двух разных материалов и обработки их для формирования нового сплава, новая технология использует только один материал — порошок сплава железа, никеля и титана. Он наносится слой за слоем с помощью лазера, который плавит порошок для формирования желаемой формы.
Это базовая 3D-печать по металлу, но новая технология отличается тем, что лазер используется для изменения кристаллической структуры металла с образованием чередующихся слоев из твердой и пластичной стали — своего рода печатной дамасской стали.
«Нам удалось изменить микроструктуру отдельных слоев во время 3D-печати, чтобы конечный компонент имел желаемые свойства — и все это без последующей термической обработки стали», — говорит Филипп Кюрнштайнер, один из авторов новой работы. По мере добавления каждого слоя металлу дают остыть до температуры ниже 195 ° C. Это позволяет сформировать мягкий слой. Чтобы получить твердый слой сверху, добавляется второй слой металла, который охлаждается, и лазер начинает работать, изменяя структуру и упрочняя ее. В результате получается сталь, которая представляет собой сочетание прочности и пластичности.
«До настоящего времени обычной практикой было использование известных сплавов в 3D-печати. Однако многие такие сплавы не очень подходят для новой технологии. Наш подход заключается в разработке новых сплавов, которые могут использовать весь потенциал 3D-печати», — говорит Кюрнштайнер.
Ранее сообщалось, что украинская компания ALT представила 3D-принтер, который может печатать детали из любых металлов и сплавов. Стоимость принтера — $100 тыс. Компания из Днепра продает три вида принтера с разными габаритами печати и количеством лазеров. Сообщается, что аналогичная модель в Европе стоит около полумиллиона долларов, в то время как стоимость украинской разработки составляет $100 тыс, потребляет меньше электроэнергии и занимает меньше места.
«В мире существует всего несколько компаний-гигантов — General Electric, EOS, DMG, владеющих данной технологией печати из металлов. Стоимость их 3D-принтеров исчисляется миллионами евро, использование стороннего сырья (металлического порошка) ограничено производителем, а передача технологии запрещена. Все это ограничивает массовое использование 3D-печати металлами», — рассказал основатель ALT Сергей Аджамский.