4D-печать будущего: российские физики научились управлять свойствами никелида титана лазером

Российские исследователи выяснили, что параметры лазерной 3D-печати влияют на свойства сплава с памятью формы на основе никелида титана. Учёные показали, что, изменяя мощность лазера и скорость печати, можно заранее «программировать» поведение материала: например, температуру, при которой он восстанавливает свою форму, или степень упругости. Результаты исследования открывают перспективы для создания усовершенствованных медицинских имплантатов, миниатюрных приводов и элементов для 4D-печати.

Никелид титана плохо поддаётся механической обработке, а изготовление деталей требует большого количества дополнительных операций. Поэтому всё больше внимания уделяется аддитивным технологиям — в частности, лазерной 3D-печати металлическим порошком.

Учёные НИТУ МИСИС и Физического института им. П. Н. Лебедева РАН изучили, как режимы лазерной печати влияют на свойства никелида титана. Для этого они изготовили тонкостенные образцы с помощью технологии Laser Powder Bed Fusion — метода, при котором лазер послойно расплавляет металлический порошок. Исследователи изменяли мощность лазера и скорость его перемещения, чтобы понять, как именно эти параметры меняют структуру и поведение материала.

«В Университете МИСИС на протяжении нескольких десятилетий развивается направление "Сплавы с памятью формы": созданные за это время материалы и технологии используются во многих отраслях отечественной промышленности, успешно внедрены в производство. Учёные НИТУ МИСИС изучили влияние параметров 3D-печати на свойства 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.

Исследование также показало, что при более мягких режимах печати сплав сохраняет высокую сверхупругость — способность выдерживать деформацию и возвращаться в исходное состояние без повреждений. При более интенсивном лазерном воздействии материал сильнее проявляет эффект памяти формы.

Такой подход особенно важен для 4D-печати — направления, в котором напечатанные изделия способны менять форму или свойства со временем под воздействием температуры, нагрузки или других факторов. Возможность заранее задавать нужное поведение материала открывает путь к созданию «умных» конструкций нового поколения.

«Главный результат работы — подтверждение того, что свойства сплава можно “настраивать” прямо в процессе печати, без дополнительной термообработки. Оказалось, что при изменении параметров печати температура фазовых превращений может смещаться почти на 45°C. Иначе говоря, мы получили возможность управлять моментом, когда материал начинает восстанавливать форму или проявлять сверхупругость», — отметил заведующий лабораторией аддитивного производства НИТУ МИСИС Станислав Чернышихин.

Полученные результаты могут быть востребованы при производстве персонализированных медицинских имплантатов, миниатюрных механизмов, гибких соединений и устройств для робототехники. Кроме того, работа может стать основой для разработки промышленных протоколов печати никелида титана с заранее заданными характеристиками — под конкретные задачи и условия эксплуатации.

Подробности исследования опубликованы в научном журнале Journal of Manufacturing and Materials Processing (Q1). Работа проведена при поддержке Российского научного фонда (проект № 25-29-00954).

Источник: МИСИС

Источник: https://poisknews.ru/fizika/4d-pechat-budushhego-rossijskie-fiziki-nauchilis-upravlyat-svojstvami-nikelida-titana-lazerom/