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Apr 12, 2023

Utilizzo della stampa 3D per rafforzare i motori a reazione

Skolkovo Institute of Science and Technology, Moscow, Russia Skoltech engineers

Istituto Skolkovo di Scienza e Tecnologia, Mosca, Russia

Gli ingegneri di Skoltech hanno utilizzato una stampante 3D per fabbricare – e studiarne le caratteristiche meccaniche – campioni di leghe di bronzo-acciaio precedentemente sconosciute alla scienza dei materiali. Unendo le proprietà distintive del bronzo e dell'acciaio, le nuove leghe potrebbero essere utilizzate per produrre camere di combustione per motori di aerei e razzi. Questi trarrebbero vantaggio sia dalla capacità dell’acciaio di resistere a temperature estreme sia dalla capacità del bronzo di condurre il calore lontano dalla camera.

“La stampa 3D è promettente per la produzione di parti composite, dotate delle proprietà dei due materiali distinti che compongono il composito”, ha affermato il professore associato Igor Shishkovsky, Skoltech Materials. "Consideriamo, ad esempio, che l'acciaio è resistente alle alte temperature create dalla combustione del carburante in un motore in funzione. Questo è ottimo, ma rispetto al bronzo, l'acciaio è un modesto conduttore termico, quindi il liquido di raffreddamento del motore non può sottrarre calore efficacemente per prevenire surriscaldamenti e danni. Bene, con la stampa 3D, puoi effettivamente ottenere il meglio da entrambi i mondi producendo una camera di combustione che passa dall'essere in bronzo all'interno per una migliore gestione della temperatura all'acciaio all'esterno per sostenere la struttura insieme."

Il team ha riportato la prima sintesi di una lega di bronzo-acciaio utilizzando una tecnica di stampa 3D chiamata deposizione laser diretta, che scioglie e fonde gli ingredienti in polvere tramite raggio laser in ogni punto successivo della parte metallica mentre viene creata.

Il team di Skoltech, infatti, ha combinato bronzo e acciaio in due modi diversi, ottenendo sia leghe quasi omogenee che strutture a sandwich. Nel primo, i due materiali sono mescolati in modo quasi uniforme in tutto il campione, mentre il secondo è costituito da una serie di strati alternati di bronzo e acciaio dello spessore di 0,25 mm. I ricercatori hanno utilizzato un tipo di acciaio ma ne hanno variato il contenuto nella lega dal 25% al ​​50% e hanno sperimentato tre diverse varietà comuni di bronzo.

I risultati hanno confermato che i due materiali si fondevano bene, senza che si formassero difetti, e hanno studiato le proprietà strutturali e meccaniche della lega bronzo-acciaio. Per fare ciò, il team ha sviluppato le barre verticali dal basso verso l’alto e ne ha esaminato la forma, la composizione chimica e la microstruttura.

"Quando qualcosa va storto, la forma del campione potrebbe essere visibilmente distorta o potrebbe fratturarsi in strati durante la stampa 3D. Ciò di solito significa che i materiali utilizzati non sono adatti o che le condizioni non sono state impostate correttamente", ha affermato Shishkovsky.

Finora non hanno riscontrato problemi, i ricercatori hanno tagliato minuscoli pezzi da diverse parti dei campioni e hanno studiato la loro struttura interna con la microscopia ottica ed elettronica a scansione. Le principali caratteristiche meccaniche sono state poi ottenute in un'ampia gamma di prove meccaniche di compositi sandwich proseguite fino alla loro distruzione.

“Ora che abbiamo confermato che l’acciaio e il bronzo possono essere combinati in una lega e sono compatibili con la stampa 3D tramite deposizione laser diretta, e conosciamo le caratteristiche meccaniche del nuovo materiale, possiamo esplorarne le possibili applicazioni”, ha affermato il primo dello studio. autore Konstantin Makarenko, studente, Skoltech Materials. "Guardando al futuro, vorrei produrre e testare una camera di combustione in acciaio-bronzo presso Skoltech, ma oltre a ciò, sono possibili altri articoli e si potrebbero utilizzare altre combinazioni di metalli.

"Il passo successivo sarebbe quello di creare pale di turbina costituite da una superlega rinforzata con canali di raffreddamento in bronzo. Si tratta di combinare i vantaggi di due materiali distinti in un unico prodotto senza saldature o altre giunzioni."

Per ulteriori informazioni, contattare Skoltech Communications all'indirizzo Questo indirizzo email è protetto dagli spambots. È necessario abilitare JavaScript per vederlo.; +7 495-280-1481.

Questo articolo è apparso per la prima volta nel numero di giugno 2023 di Tech Briefs Magazine.