محققان دانشگاه توهوکو با استفاده از چاپ سه‌بعدی و تکنیک‌های لیزری، آلیاژ با دوام فولاد-آلومینیوم تولید کرده‌اند که راه را برای ساخت قطعات سبک و مقاوم خودرو هموار می‌کند.
به گزارش تکناک، امروزه چاپ سه‌بعدی فلزات به‌ویژه در صنعت خودروسازی، توجه زیادی را به خود جلب کرده است. این روش که در آن اشیای فلزی، لایه‌به‌لایه ساخته می‌شوند، این امکان را فراهم می‌آورد که قطعات با دقت بالا و اشکال پیچیده تولید شوند، در حالی که ضایعات مواد به حداقل می‌رسد.
یکی از ویژگی‌های برجسته این فناوری، توانایی تولید «ساختارهای چند ماده‌ای» است، که در آن از ترکیب مواد مختلف برای بهینه‌سازی عملکرد قطعه استفاده می‌شود.
در این دستاورد جدید، محققان از ترکیب فولاد و آلومینیوم برای تولید قطعات خودرو استفاده کرده‌اند. آلومینیوم به عنوان یک فلز سبک، می‌تواند وزن قطعات خودرو را کاهش دهد، در حالی که فولاد استحکام بالایی به آن می‌بخشد.
این ترکیب، که در ظاهر ممکن است با چالش‌هایی مانند: تشکیل ترکیب‌های بین‌فلزی شکننده در نقاط اتصال مواجه باشد، تا پیش از این در فرایند چاپ سه‌بعدی با مشکلاتی روبه‌رو بوده است.
فهرست مطالب
غلبه بر چالش شکنندگی با لیزر
چالش اصلی این است که وقتی فولاد و آلومینیوم در دماهای بالا به هم متصل می‌شوند، ممکن است ترکیب‌های بین‌فلزی شکننده مانند: Al5Fe2 و Al13Fe4 تشکیل شوند، که به استحکام قطعه آسیب می‌زنند.
تیم تحقیقاتی دانشگاه توهوکوی ژاپن در راستای حل این مشکل، از روش همجوشی بستر پودر لیزر (LPBF) استفاده کرد. در این روش، یک لیزر برای ذوب پودر فلزی به صورت انتخابی به‌کار می‌رود تا قطعه مورد نظر ساخته شود.
محققان دریافتند که افزایش سرعت اسکن لیزر به طور قابل توجهی تشکیل این ترکیب‌های شکننده را کاهش می‌دهد. این فرایند که به نام «انجماد غیرتعادلی» شناخته می‌شود، باعث می‌شود که فلزات به شکلی سریع‌تر و با حداقل تقسیم‌بندی حل‌شده جامد شوند و در نتیجه نقاط ضعف در ساختار قطعه به حداقل برسد.
این روش نه تنها به بهبود استحکام قطعه کمک کرد، بلکه باعث شد اتصال‌های بین‌فلزی در قطعات تولیدشده بسیار قوی‌تر و پایدارتر شوند.
اولین نمونه قطعه خودرویی از آلیاژ فولاد-آلومینیوم
نتایج این تحقیق، که در مجله Additive Manufacturing در تاریخ ۱۹ نوامبر ۲۰۲۴ منتشر شد، نشان‌دهنده پیشرفت چشمگیر در تولید قطعات خودرو به روش چاپ سه‌بعدی است.
تیم تحقیقاتی دانشگاه توهوکو موفق شد اولین قطعه چندفلزی خودرویی را به صورت مقیاس کامل با آلیاژ فولاد-آلومینیوم تولید کند، که طراحی آن به طور خاص برای کاهش وزن و افزایش استحکام بهینه‌سازی شده بود.
گام‌های بعدی: گسترش کاربردها
محققان بر اساس این موفقیت، قصد دارند این تکنیک را به سایر ترکیب‌های فلزی که در آنها مشکلات مشابهی در اتصال وجود دارد، تعمیم دهند. این پیشرفت می‌تواند کاربردهای گسترده‌تری در صنایع مختلف، از جمله خودروسازی، هوافضا و تولید قطعات مهندسی دقیق داشته باشد.
این دستاورد نه‌تنها یک گام بزرگ در پیشرفت فناوری چاپ سه‌بعدی فلزات است، بلکه افق‌های جدیدی را برای تولید قطعات خودرو با ویژگی‌های خاص مانند: سبکی، استحکام و دوام باز می‌کند.
با توجه به پتانسیل بالای این تکنیک در کاهش هزینه‌ها و بهبود کیفیت تولید، به نظر می‌رسد که آینده صنعت خودرو در دست فناوری‌های نوینی همچون چاپ سه‌بعدی باشد.
