Команда MIT заняла 3-е место в конкурсе по дизайну материалов с новым металлом, который можно напечатать на 3D-принтере

Предыдущее изображение Следующее изображение

Соединенные Штаты могут стать на шаг ближе к своей цели: половина всех новых автомобилей, проданных в 2030 году, будут электромобилями с нулевым уровнем выбросов. Это благодаря двум студентам Массачусетского технологического института и их тренеру-аспиранту в Германии, которые разработали новый тип стали не для сборки автомобилей, а для форм для литья под давлением, которые штампуют их всего лишь из нескольких отдельных деталей.

Студенты Массачусетского технологического института Ян Чен и Кайл Маркланд '22 заняли третье место в конкурсе дизайна для студентов 2022 года, организованном ASM Materials Education Foundation. Стальной сплав для 3D-печати, заслуживший эту награду, был вдохновлен инновационным производственным подходом под названием Giga-casting, популяризированным автопроизводителем Tesla и использованным для сборки полностью электрической модели Y.

Чен принял награду на церемонии в Новом Орлеане 12 сентября, а Чен и Маркланд разделят приз в размере 1000 долларов. ASM Materials Education Foundation — благотворительное подразделение организации по разработке материалов ASM International. Его цель - способствовать карьере студентов и преподавателей в области прикладных наук.

Задача дизайна

Проект Чена и Маркланда уходит корнями в курс 3.041 прошлой весны (Вычислительный дизайн материалов), который преподавал Грегори Олсон, профессор практики термо-расчетов в Массачусетском технологическом институте. Олсон — один из ведущих мировых ученых в области вычислительного материаловедения, который использует компьютерное моделирование и симуляцию для понимания и разработки новых материалов. Его методология была использована Apple при создании Apple Watch и привлекла внимание генерального директора Tesla Илона Маска.

«Чтобы получить доступные электромобили с хорошим запасом хода, ему пришлось сделать доступным алюминиевые конструкции», — говорит Олсон, говоря о Маске. «Поэтому он посмотрел на способ литья под давлением небольших моделей автомобилей и сказал: «Почему бы не увеличить масштаб? Мы отольем всю машину».

Тесла использовал вычислительный подход Олсона для алюминия, который можно отливать под давлением — это процесс литья металла, при котором расплавленный металл заливается в форму для формирования объектов. Автомобили обычно изготавливаются с использованием сотен отлитых под давлением деталей — цилиндров двигателя, кронштейнов и других компонентов — которые позже собираются на автоматизированной сборочной линии для изготовления автомобиля. Процесс Giga-литья, названный в честь массивных литейных машин, известных как Giga Press, вместо этого включает в себя отливку всего двух или трех больших автомобильных деталей, что значительно снижает сложность процесса и связанные с ним затраты.

Проблема в том, что «когда вы масштабируете процесс, передача тепла происходит медленнее, а время цикла слишком велико», — говорит Олсон, — то есть жидкому металлу требуется больше времени для охлаждения, что делает весь процесс менее эффективным и более дорогостоящим. .

Может помочь метод под названием «конформное охлаждение». В нем узкие каналы повторяют форму отливаемой детали или соответствуют ей, и через них пропускается охлаждающая жидкость или вода для ускорения охлаждения.

Итак, задача приняла форму. Чарльз Куманн, вице-президент по инженерии материалов в SpaceX и Tesla и бывший студент Олсона, подтвердил необходимость: более качественная сталь для штампов, также называемая инструментальной сталью, «пригодная для печати» — материал, который можно загрузить в трехмерную модель. принтер для печати новых штампов с улучшенными прочностными и термическими свойствами. Обычные стали, по словам Олсона, «довольно хрупкие и склонны к растрескиванию, если вы попытаетесь напечатать их».

Морская добыча

В качестве консультанта студенческой команды Олсон обратился к Флориану Хенгсбаху, приглашенному студенту Массачусетского технологического института из Падерборнского университета, который вернулся в Германию во время карантина в 2020 году из-за пандемии.

Докторская диссертация Хенгсбаха как нельзя лучше подходила для проекта Массачусетского технологического института: проектирование инструментальной стали для аддитивного производства — термин, который часто используется как синоним 3D-печати. Его руководителем является Мирко Шапер, декан машиностроительного колледжа Падерборна, заведующий кафедрой материаловедения и эксперт в области аддитивного производства.