سبيكة التيتانيوم الجديدة تجعل الطباعة ثلاثية الأبعاد أقوى وأرخص

درس باحثون في جامعة RMIT كيف يؤثر تركيب السبيكة في شكل الحبيبات داخل التيتانيوم المطبوع ثلاثي الأبعاد. تقدم الدراسة المنشورة في Nature Communications طريقة للتنبؤ بما إذا كانت الطباعة ستنتج حبيبات طويلة عمودية أو حبيبات أكثر تجانساً ومتقاربة الأبعاد في مختلف الاتجاهات. وهذا بحث في تصميم السبائك، وليس قطعة طائرة أو زرعة طبية حاصلة على اعتماد للاستخدام.

لماذا تهم بنية الحبيبات؟

تجذب سبائك التيتانيوم الاهتمام لقوتها وخفة وزنها. وفي التصنيع الإضافي بالليزر يبرد المعدن المنصهر بسرعة، وقد تنمو حبيبات طويلة باتجاه الطباعة، ما يجعل الخواص الميكانيكية تختلف من اتجاه إلى آخر. ويمكن للحبيبات الأكثر تجانساً أن تقلل هذا التفاوت. لكن شكل الحبيبات وحده لا يثبت تحمل قطعة مكتملة للإجهاد المتكرر أو صلاحيتها للزرع في جسم الإنسان.

المصدر: RMIT University

مقارنة ثلاثة مؤشرات

قارن الفريق ثلاثة مقاييس مستمدة من تركيب السبيكة: مدى التصلب في ظروف غير متوازنة، ومعامل تقييد النمو، ومعامل P المرتبط بانخفاض حرارة التصلب الناتج عن تغير التركيب. وصنع سبائك من التيتانيوم والحديد، والتيتانيوم والنحاس، والتيتانيوم والنحاس والحديد، والتيتانيوم والموليبدينوم باستخدام الترسيب الموجّه للطاقة بالليزر. في هذه التجارب كان P أكثر المقاييس الثلاثة موثوقية للتنبؤ بشكل الحبيبات. وقارن الباحثون النتائج كذلك ببيانات سابقة لسبائك وطرائق تصنيع أخرى.

يساعد هذا الإطار المهندسين على اختيار عناصر السبيكة على أساس أوضح، لكنه لا يضمن نتيجة متطابقة في كل طابعة وكل قطعة. فما زالت جودة المسحوق وإعدادات الليزر والمعالجة الحرارية وشكل الجزء تؤثر في المنتج النهائي.

مصدر ادعاء انخفاض التكلفة بنسبة 29%

تصف نشرة RMIT في يوليو 2025 سبيكة منفصلة مرتبطة بطلب براءة اختراع، استُبدل فيها الفاناديوم المكلف بمواد أرخص. وتقول الجامعة إن إنتاجها أقل تكلفة بنحو 29% وأفضل أداءً من سبيكة Ti-6Al-4V المطبوعة ثلاثي الأبعاد التي استخدمتها للمقارنة. لكن تركيب هذه السبيكة الدقيق وحساب التكلفة لم يُعرضا في ورقة Nature Communications. لذلك لا يجوز اعتبار النسبة وفراً مثبتاً لجميع عمليات إنتاج التيتانيوم الصناعية.

استخدامات محتملة واختبارات لازمة

قد تستفيد صناعات الطيران والسيارات والأجهزة الطبية من التحكم الأفضل في بنية الحبيبات وخفض التكلفة. لكن كل تطبيق يحتاج اختبارات مستقلة للقوة والتعب والتآكل، وعند الحاجة توافقاً حيوياً وموافقة تنظيمية. تبحث RMIT عن شركاء للتطوير، ولم تثبت موعداً تجارياً خلال خمس أو عشر سنوات.

شركة أخرى في القطاع

تعمل Nano Dimension في مجالات أخرى للطباعة ثلاثية الأبعاد، ومنها الهياكل الإلكترونية. لم تشارك في تجربة RMIT ولا تتنبأ هذه النتائج بأداء سهمها.

(NNDM )

آخر أخبار Nano Dimension

الدراسة

Brooke, R. وآخرون (2025)، «Compositional criteria to predict columnar to equiaxed transitions in metal additive manufacturing»، Nature Communications 16، 5710. doi:10.1038/s41467-025-60162-0.