Ученые Национального исследовательского технологического университета «МИСиС» предложили методику, позволяющую осуществлять 3D-печать тонкостенных вольфрамовых деталей сложной формы по технологии селективного лазерного сплавления. Разработанный метод позволяет выращивать конструкции со стенками толщиной в сто микрометров, то есть на уровне толщины человеческого волоса.
Методика может быть использована в производстве деталей для экспериментов на ускорителях частиц, сообщает пресс-служба вуза. Вольфрам — самый тугоплавкий металл с температурой плавления 3422°C, критически необходимый для успешного функционирования многих современных отраслей, от металлообработки и аэрокосмоса до двигателестроения и медицины. Вольфрам эффективно поглощает радиационное излучение и мало подвержен коррозии, но демонстрирует чрезвычайную хрупкость при комнатной температуре, из-за чего тяжело поддается механической обработке.
Один из наиболее перспективных способов создания деталей сложной формы из вольфрама — 3D-печать. Ученым НИТУ «МИСиС» удалось получить из вольфрамового порошка деталь сложной формы с толщиной стенки 100 мкм методом селективного лазерного cплавления металлопорошковых композиций (SLM).
«Несмотря на тугоплавкость вольфрама нам удалось подобрать технологические параметры 3D-печати для производства тонкостенных деталей по технологии селективного лазерного cплавления. Изучение условий формирования ванны расплава для вольфрама при воздействии лазерного излучения позволило увеличить разрешающую способность 3D-печати вольфрамом до физически возможного предела», — рассказал научный сотрудник лаборатории «Катализ и переработка углеводородов» НИТУ «МИСиС», кандидат физико-механических наук Иван Пелевин.
В дальнейшем технология может быть использована для создания нового поколения детектора частиц высоких энергий — калориметра — для экспериментов на Большом адронном коллайдере в CERN и на российских ускорителях частиц. Абсорбер излучения, изготовленный из тонкостенного вольфрама, способен эффективно поглощать частицы высоких энергий и формировать так называемый электромагнитный ливень, который образуется при взаимодействии высокоэнергетических частиц с веществом абсорбера. Калориметр с таким абсорбером позволит увеличить плотность потока частиц в экспериментах и, в перспективе, получить новые знания о свойствах адронов с тяжелыми кварками.
Кроме того, изготовленные из вольфрама 3D-печатные экраны могут быть использованы в качестве антирассеивающей матрицы для протонной лучевой терапии — инновационного метода лечения онкологических заболеваний с помощью выводимого пучка заряженных частиц на медицинских ускорителях. Плотность опухоли отличается от плотности здоровой ткани, что делает возможным прицельное неинвазивное воздействие на опухолевую ткань высокоэнергетичными заряженными частицами. Однако, существует проблема с рассеиванием этих частиц: при облучении их сложно сфокусировать на нужном участке. Напечатанный из вольфрама экран позволит фокусировать потоки частиц на опухолях, таким образом повышая эффективность терапии и позволяя избегать негативного воздействия на соседние здоровые ткани.
В дальнейшем предложенный метод тонкостенной 3D-печати может быть применен и к другим тугоплавким материалам.
Комментарии
Ну и пару вопросов ТС.
Порошкок для печати откуда?
И второй, важный вопрос. Почему ничего из скандия не делают? Металл божественный, лучший из известных.
Очень многозначительный комментарий...
Глюки. Хотел даже на эту тему статью запилить.
Хотел даже на эту тему статью запилить. На моих андроидах каждая страница на АШе открывается с промежуточной страницей "эррор, сайт не существует или переехал". С неделю как.
Комменты гибнут безвозвратно.
Пишу длинный, потом копирую и пощу первое слово. Потом изменяю, добавляя скопированное.
Данный коммент с третьего раза прошел.
Ясно. Я себе за правило взял писать что-то длинное только с пк, и с бекапом в ворд.
Вот еще один:
Какой, нах, ЦЕРН?!
Вы поля вна БУкраине видели? А Азовсталь?
В
садНовосибирск все всадНовосибирск.Так где плохо, что научились печатать из фольфрама? Порошкок для печати откуда? А какая разница? Найдут где взять. Ваш пост душком отдает.
С какой целью интересуетесь ?
А если серьёзно - скорей всего вольфрамовый порошок получают из порошка оксида восстановлением водородом при 700 градусах - а потом лазером сплавляй ....Стандартно же ...
Если порошок российский, то новость замечательная. Если нет, то вся статья ни о чём.
Ну вообщем-то ничто не мешает делать нам вольфрамовый порошок, атомизаторы-то есть. Более того, у них там установка addsolовская.
Нет. Нужны микросферы...
Для этого нужны газовые атомизаторы. Тут несколько способов получения порошка может быть, например жидкий вольфрам из тигля, можно распылять струёй аргона под давлением.
Вряд ли. Для СЛС нужны порошки в очень узком диапазоне размеров (в идеале - одного размера), причём желательно сферической формы. Получать моноразмерные частицы оксида и восстанавливать - не получится. В смысле восстанавливать получится, не получится сохранить размеры и форму частиц. Способов в принципе полно, но обычно они связаны с диспергированием расплава. Так что если порошки наши - респект и уважуха вдвойне.
Вы идеализируете необходимые условия - сферичность и моноразмерность. Для спекания / сплавления скорей важна мощность излучения.
Нет. Мощности хватит по определению. Важен энергетический профиль луча (по сечению), частота и интенсивность импульсов лазера, размер пятна фокусировки и т.п. При этом для устойчивого и воспроизводимого (в рамках СЛС-процесса) результата нужны частицы одной формы и размера, чтобы были сопоставимые условия сплавления. Неравномерность ведёт к напряжениям и дефектам.
Про порошок, ничего не сказано.
Печатают алюминий скандиевым сплавом. Например такой придумали в ИЛМиТе. А вот про чистый скандий, не слышал.
Может забугром и было что-то, надо поискать.
Алюминий-сканидевый имеет смысл для цилиндров ДВС для дронов долгого полёта т.к. можно поднять рабочую температуру, обеспечив тем самым меньше расход топлива. Пишу, т.к. для наиболее долголётов уже применяют топливные элементы - такие мембраны умеют всего несколько стран делать приличные в РФ умеют и это товар. На 2017 презентованный мне кусочек стоил порядка 5г золотом. Мембраны отечественные имеют применение куда шире чем ХИТ мне удавалось создавать на них подобие транзистора с общей базой. Своеобразные мембраны. Проработал без особых изменений часа 2-3, на утро уже не работал - у меня не было возможности герметизировать нужным образом и реактивов чистых. Рабочие частоты 10-800кГц, небольшие, но позволяют иметь схемы специализированные. Например схем заряда и питания. полностью интегрированные с ХИТ. Насколько знаю на 2017 год в мире подобных схем разработано не было. Мои первые.
Возвращаясь к вольфрамовым изделиям - нужны для печати сильноточной высоковоьтной электроники. Обычно электронный луч, скорее, но там 20мкм пока видимо предел, нужны иные подходы и ряд сопутствующих технологий, простых впрочем.
Можно создавать трёхмерные вакуумные микроэлектронные схемы со сложной логикой, работающие на частотах до 3-5ТГц. Т.е. системы работающие на спутниках в радиотрактах, оптоэлектронных преобразователях, лазерной техники.
Раз смогли вольфрамом то и рением смогут а у того лучше применимость для ряда вещей и цены его по сравнению с ценой конечного изделия видно не будет.
Доступное разрешение раз в 10 меньше чем нужно. И это не считая того, что одним лучом вы будете это печатать до второго пришествия. для такого нужна установка с тысячами лучей. Это пока запредельно. Не считая того факта, что из одного вольфрама ВИС не напечатаешь. Нужны управляющие сетки и т.д.
Хотя вы правы в том, что тут электронный луч тут будет полезнее. Много лучевые установки вполне делают. Впрочем производительность будет аховая.
" из одного вольфрама ВИС не напечатаешь" достаточно иметь для привычных технологий металл с определёнными свойствами и диэлектрик.
Есть и другие но там есть свои сложности. Технология пока достаточно сложная получается. Зато частоты и мощности почти любые. Зависит от идеолога физических решений.
https://mwelectronics.etu.ru/assets/files/2015/oral/o06_03_serovea_otrajatelnaia_sposobnost.pdf
Мировая добыча скандия десять тонн в год. Но! .. В России ведётся работа в этом направлении и внедряется технология позволяющая произвести 120 тонн в год. Перспективы заоблачные
Вот и меня очень смущает факт, что распространенный элемент скандий (10 грамм на тонну в земной коре) не добывается. В планетарном масштабе 10 тонн в год вообще ни о чем. Столько, наверное, плутония в год нарабатывают.
Он рассеянный просто, в среднем концентрация скандия в Земной коре 10 г/тонну,
Китаю очень повезло, что у него есть Баян-обо где концентрация Скандия 210 г/тонну, изапасы в 120 тысяч тонн. Впрочем там скандий как побочка идёт.
В Жёлтых Водах говаривают, что есть 7 миллионов тонн скандия, с концентрацией около 100 г/тонн.
Вообще же можно добывать миллионы тонн скандия, просто надо много-много очень дешёвой энергии))
Вы не умеете его добывать промышленно много, да и искать также.
Среди скандинавов дешёвую электроэнергию можно найти во фьордах но там поехавшие на зелёном фашизме через одного и нет пока известных с хорошим содержанием месторождений скандия.
При этом "смит-вессон" делал и продавал револьверы с рамкой из алюмоскандиевого сплава как бы не в начале 2000-х.
А было время его добывали чуть больше. В алюминий добавляют 0,2% скандия и он становится прочнее стали, токопроводящим почти как медь и температура плавления значительно повышается.
В РФ давно какие хочешь вольфрамовые пороши есть. Как и месторождений полно. Как и можно продавать зерно или ВПК продукцию или что ещё в обмен на те места где добывать легче.
Мировой лидер по порошкам, в первую очередь нанопорошкам ВСЕМ это Китай. Отдельные есть в РФ причём с СССР т.к. ряд технологий трудно воспроизвести даже имея на руках всю документацию и человек 5 сотрудников. ДЕТАЛИ играют всё. У них большие работы шли по геологии а в РФ осваивали 35 лет деньги. Да в СССР...
Биогеохимические методы позволили минимум дважды пройти ВСЮ территорию КНР. Часть методик большую базовые отец по телу разработал - у него китайский професссор с 1991 года пасся, естественно много чего обещали. В частности работы в КНР, но у них принципиально как у всех в Азии украсть и не платить - как англлосаксы 1 в 1 или шумеры, также есть ещё одно - ряд месторождений это ВПК и китайцы не могут допускать даже к поискам месторождений определённых металлов иностранцев на своей территории.
Чем так божественен скандий?
Чуть тяжелее алюминия (3 vs 2,7 г/см3), легче титана (4,5 г/см3), температура плавления выше, чем у железа, с невероятными легирующими свойствами. Керамика из оксида скандия вообще фантастика. Устраивает такой ответ? Прям митрил, если Толкиена читали.
Керамика ещё и технологична, правда СВС это трудная лошадь. Поедут параметры. Дополнительные стадии обработки. Время+цена вверх и у без оного дорогой диут, впрочем кварцевое стекло обычное это 20-70 тысяч рублей за кг в изделии. Вторая цифра для керамики ближе хотя будет 250-300к рублей за кг думаю.
https://www.opticjourn.ru/vipuski/1651-opticheskij-zhurnal-tom-85-01-2018.html
Очень интересно
Перспективный чат детектед! Сим повелеваю - внести запись в реестр самых обсуждаемых за последние 4 часа.
Покупают у
евреевсандвика твердосплавные пластины и стачивают напильником в порошок.Сандвик стал еврейским? Всю жизнь был шведским...
Да и вольфрама в напылении нет, кубический нитрид титана...
Интересно, почему у нас передовые методики создают, а серию делают на западе/в Китае?
Даже про свое - особенно раздражает, когда создали технологию, описали, а в итоге расходку/аппараты покупаем импортные (это про медицину, если что).
Мы не умеем серийно производить с постоянным качеством?
Умеем. Но, вот слово "серийно" всё стопорит. Для многих материалов производство оправдано только при крупных сериях. Но в России спрос если есть, то не большими партиями. А на внешний рынок производители выходить или боятся, или не хотят по ряду причин. Но, со временем, я думаю, всё наладится. Вот начали же собственное производство пластиков из углеводородов, когда в России спрос появился (ну и без "волшебного пенделя" я думаю не обошлось).
Чрезвычайно хрупкий? Странно.
100 мкм это круто звучит, но это 0,1 мм. Весьма ажурненько - это средней толщины фольга. Но человеческий волос (по крайне мере европейца) это 0,02-0,03
Вот прям только что взял микрометр и замерил толщину своего волоса. Толщина 0,06 мм. Волосы русые, нормальной густоты. По разным данным толщина тонких волос, в том числе у младенцев 0,02-0,05 мм. Средней толщины 0,05-0,07 мм. Больше 0,07мм - толстые волосы. Так что, если грубо округлить, то да, можно сказать 0,1 мм. А у европейцев волосы и впрямь тоненькие и жиденькие.
микрометр проверьте. У меня 0,03, даже чуть в "-". Проверяли давно, на работе, и 0,04 был у кого-то но это именно толстые волосы. Данные не из интернета, проверял лично.
Проверил свои: и чёрные, и белые = 0,11 точно, а усы = 0,14
Да, скифы мы...
Объем капитальных вложений в проект по возобновлению добычи и переработки вольфрамо-молибденовых руд Тырныаузского месторождения в Кабардино-Балкарии составит около 55 миллиардов рублей, сообщило Минэкономразвития РФ.
Ранее инвестиции в проект оценивались в 25 миллиардов рублей. В "Ростехе" воздержались от комментариев "Интерфаксу" по поводу новой оценки стоимости. Проект, как ожидается, в полном объеме обеспечит потребности российского рынка в вольфрамосодержащем сырье. В рамках проекта будет восстановлен подземный рудник, построена обогатительная фабрика и сопутствующая инфраструктура в Тырныаузе, а в Ставропольском крае будет построен ООО "Невинномысский гидрометаллургический завод" ("Невгидромет") по переработке продукции обогатительной фабрики.