Российские ученые установили, что характеристики лазерной 3D-печати оказывают влияние на свойства сплава с памятью формы, изготовленного на основе никелида титана. Исследователи продемонстрировали, что регулирование мощности лазера и скорости печати позволяет предсказуемо задавать характеристики материала, такие как температура, при которой происходит восстановление формы, или величина его упругости. Полученные данные указывают на возможности разработки более совершенных медицинских имплантатов, миниатюрных актуаторов и компонентов для 4D-печати.
Никелид титана характеризуется низкой обрабатываемостью, что приводит к необходимости выполнения значительного объема дополнительных работ при производстве деталей. В связи с этим, возрастает интерес к аддитивным технологиям, таким как лазерная 3D-печать из металлических порошков.
Специалисты из НИТУ МИСИС и Физического института РАН им. П.Н. Лебедева провели исследование, посвященное влиянию параметров лазерной печати на характеристики никелида титана. В рамках работы была применена технология Laser Powder Bed Fusion, основанная на послойном расплавлении металлического порошка лазерным лучом. Чтобы выяснить, каким образом изменяются структура и свойства материала, ученые варьировали мощность лазера и скорость его сканирования.
«В Университете МИСИС уже несколько десятилетий ведутся исследования в области «Сплавы с памятью формы»: разработанные в ходе этих работ материалы и технологии нашли применение в различных секторах российской промышленности и успешно интегрированы в производственные процессы. Специалисты НИТУ МИСИС провели анализ воздействия параметров 3D-печати на характеристики сплава на основе никелида титана. Этот материал используют в медицине, авиации, робототехнике и микроэлектронике благодаря сочетанию прочности, гибкости и способности возвращаться к исходной форме. Именно из этого сплава делают, например, стенты для сосудов, ортодонтические дуги и некоторые виды имплантатов. Результаты исследования открывают перспективы для создания усовершенствованных медицинских изделий, миниатюрных приводов и элементов для 4D-печати» , — рассказала ректор НИТУ МИСИС Алевтина Черникова.
Анализ также выявил, что при использовании менее строгих параметров печати сплав демонстрирует высокую сверхупругость, то есть способность деформироваться и восстанавливать первоначальную форму без каких-либо повреждений. С увеличением интенсивности лазерного воздействия эффект памяти формы становится более выраженным.
Особенно значимым данный метод является для 4D-печати – технологии, позволяющей создавать изделия, которые со временем изменяют свою форму или характеристики под воздействием температуры, давления или иных факторов. Предопределённая возможность управления поведением материала открывает перспективы для разработки «умных» конструкций принципиально нового типа.
«Основной итог исследования заключается в том, что характеристики сплава можно изменять непосредственно в ходе процесса 3D-печати, исключая необходимость последующей термообработки. Установлено, что корректировка параметров печати позволяет сдвигать температуру фазовых превращений примерно на 45 градусов Цельсия. Таким образом, появилась возможность регулировать момент, когда материал приобретает заданную форму или демонстрирует сверхупругие свойства» , — по словам руководителя лаборатории аддитивного производства НИТУ МИСИС Станислав Чернышихин.
Результаты исследования могут найти применение при создании индивидуальных медицинских имплантатов, миниатюрных устройств, гибких соединений и компонентов для робототехники. Также эта работа может послужить фундаментом для разработки промышленных методов печати никелида титана, позволяющих задавать его свойства в соответствии с конкретными потребностями и условиями использования.
Результаты исследования были обнародованы в научном издании Journal of Manufacturing and Materials Processing (Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда (проект № 25-29-00954).