Исследователи Сколтеха совместно с коллегами из России и Индии адаптировали метод селективного лазерного плавления для производства деталей из алюминиевой бронзы. Этот материал востребован в узлах, работающих при высоких тепловых нагрузках, — теплообменниках, охлаждаемых элементах энергоустановок и корпусах силовой электроники.
Алюминиевая бронза (Cu-9.5Al-1Fe) теплопроводнее стали и титана, а также лучше подходит для 3D-печати, чем чистая медь. Однако при работе с медными сплавами возникают две проблемы: высокое отражение лазерного луча и быстрый отвод тепла. Это приводит к дефектам — порам несплавления и так называемой пористости «замочной скважины» из-за нестабильной воронки расплава.
Учёные экспериментировали с плотностью от 125 до 938 Дж/мм³, меняя мощность лазера (90–150 Вт) и скорость сканирования (100–600 мм/с). При низкой энергии появлялись поры несплавления, при высокой — «замочные скважины». Общий уровень пористости держался около 5%.
Несмотря на это, напечатанные образцы показали механические характеристики, превышающие литые аналоги: предел прочности достиг 748 МПа, а относительное удлинение — 16,2%, что приближается к параметрам никель-алюминиевой бронзы, используемой в тяжелонагруженных узлах.
Доцент Сколтеха Станислав Евлашин пояснил, что даже на оборудовании с ограниченной мощностью лазера удалось добиться свойств, близких к промышленным бронзам. Ключевым фактором стало понимание переходов между разными типами дефектов, что позволяет прогнозировать свойства материала на этапе подбора параметров печати.
Теплопроводность образцов, полученных с высокой плотностью энергии, достигает 47 Вт/(м·К) при комнатной температуре — это близко к значениям литого материала, но при значительно более высокой прочности.
