Традиционные методы обработки никелида титана сложны и требуют множества промежуточных операций. Поэтому ученые сосредоточились на технологии селективного лазерного плавления (Laser Powder Bed Fusion), где изделие формируется послойным расплавлением металлического порошка под воздействием лазера. Ключевым открытием стало установление прямой зависимости между параметрами печати и конечными свойствами материала.
В ходе экспериментов команда варьировала мощность лазера и скорость его перемещения по рабочей платформе. Анализ полученных тонкостенных образцов показал, что эти режимы напрямую влияют на температуру фазового перехода, при которой материал «вспоминает» свою первоначальную форму, а также на фазовый состав и величину обратимой деформации.
«Главный результат работы – подтверждение того, что свойства сплава можно «настраивать» прямо в процессе печати, без дополнительной термообработки. Оказалось, что при изменении параметров лазерного синтеза температура фазовых превращений может смещаться почти на 45°C. Иначе говоря, мы получили возможность управлять температурой, при которой материал начинает восстанавливать форму», – отметил заведующий лабораторией аддитивного производства НИТУ МИСИС Станислав Чернышихин (на фото).
Физико-математическое моделирование, проведенное совместно с коллегами из «Кинтех Лаб», позволило объяснить этот феномен. Расчеты динамики испарения компонентов показали, что основной механизм изменения свойств связан со смещением химического состава сплава. Из-за значительной разницы в температурах кипения и давлениях насыщенных паров никеля и титана, изменение мощности лазера приводит к неоднородному испарению элементов прямо во время синтеза, что и «программирует» новые свойства металла.
По словам ректора НИТУ МИСИС Алевтины Черниковой, это открытие закладывает фундамент для научно обоснованного подхода уже к 4D-печати, где управление свойствами объекта происходит локально уже на этапе его консолидации. Технология открывает путь к созданию персонализированных медицинских имплантатов, адаптированных под конкретного пациента, миниатюрных приводов для робототехники и гибких соединений нового поколения.
Результаты исследования, поддержанного Российским научным фондом, опубликованы в высокорейтинговом журнале Journal of Manufacturing and Materials Processing.
