Tenkostěnné kovové struktury: možnosti a limity 3D tisku

Jak tenkou kovovou stěnu lze vyrobit 3D tiskem tak, aby byla souvislá a odpovídala navrženému tvaru? Tenkostěnné struktury nacházejí uplatnění v lehkých konstrukcích, výměnících tepla i porézních implantátech. Technologie laserového tavení v práškovém loži (LPBF) umožňuje vytvářet složité geometrie, při zmenšování jejich rozměrů však narůstá význam rozměrových odchylek, nerovností povrchu a lokálních vad. Skutečná tloušťka stěny se proto může výrazně lišit od počítačového návrhu a v krajním případě může dojít k přerušení její spojitosti.
Práce se zaměří na experimentální stanovení možností výroby tenkostěnných struktur z vybrané kovové slitiny. Bude sledován vliv parametrů tisku a orientace stěn vůči stavební platformě na jejich tloušťku, tvarovou přesnost a výskyt vad. Mezi možné studované materiály patří korozivzdorné oceli, slitiny titanu nebo slitiny zinku. Cílem bude určit podmínky umožňující přípravu tenkých, souvislých a rozměrově reprodukovatelných stěn a formulovat doporučení pro návrh složitějších konstrukcí.

Student zpracuje stručnou literární rešerši zaměřenou na výrobu tenkostěnných kovových struktur metodou LPBF a na faktory omezující jejich minimální rozměry. Zapojí se do návrhu jednoduchých zkušebních geometrií a přípravy experimentální série vzorků jedné vybrané slitiny. V první části porovná svislé stěny vyrobené při několika kombinacích výkonu laseru a rychlosti skenování. Pro vybrané podmínky následně posoudí také vliv sklonu stěny vůči stavební platformě.
Pomocí světelné a elektronové mikroskopie a obrazové analýzy vyhodnotí skutečnou tloušťku stěn a její proměnlivost po délce a výšce vzorku. Posoudí spojitost stěn, charakter povrchu, přítomnost ulpělých částic prášku a výskyt vnitřních vad. Naměřené rozměry porovná s počítačovým návrhem a u vybraných podmínek ověří opakovatelnost výsledků. Závěrem vymezí dosažitelné rozměry a doporučí vhodné podmínky tisku a zásady návrhu tenkostěnných součástí.