Badacze z ČVUT (České vysoké učení technické v Praze), wraz z partnerami akademickimi i przemysłowymi, prowadzą badania nad wysokowydajnym wytwarzaniem przyrostowym Inconelu 718 – superstopu na bazie niklu.
Inconel 718, inaczej N07718, składa się w ponad 50% z niklu, w około 20% z chromu i z dodatków stopowych, takich jak żelazo, tytan, niob i molibden w różnych proporcjach. Wykazuje dużą wytrzymałość mechaniczną oraz odporność na wysokie temperatury, a także na utlenianie i korozję. W ramach badań zastosowano sproszkowany surowiec IN718 z granulami o wielkości w zakresie między 15 a 45 µm.
Dla uzyskania wysokich parametrów materiałowych w procesie DED (directed energy deposition), wykorzystującym wiązkę lasera do przetapiania surowca, zasadnicze znaczenie w przypadku IN718 i innych superstopów ma tempo stygnięcia i współczynnik liniowej gęstości energii η, który stanowi stosunek między mocą lasera a szybkością skanowania.
W przypadku zbyt wolnego stygnięcia materiału, przy wysokiej wartości współczynnika η, w strukturze Inconelu pojawiają się fazy Lavesa (Ni, Fe, Cr)2(Nb, Mo, Ti), powodując spadek ciągliwości, występowanie koncentracji naprężeń i pęknięć. Dalszy wzrost parametru η prowadzi do przegrzania stopionego materiału i pojawienia się turbulencji, co skutkuje zwiększoną porowatością wyrobu. Z kolei sytuacja, gdy materiał stygnie zbyt szybko, przy niskiej wartości współczynnika η, grozi wystąpieniem pękania krzepnącego pomiędzy ściegami przetopionego materiału.
Wybór technologii druku 3D padł na wysokowydajny wariant metody DED, łączący duże szybkości skanowania (do 200 m/min) z dużą mocą lasera (maks. 8400 W). Przy podawaniu proszku z szybkością 30 g/min, mocy do 2400 W i szybkości skanowania do 60 m/min, zmierzone wartości parametru η mieściły się w przedziale między 1,8 a 3,6 kJ/m, czyli o jeden rząd wielkości niższym niż w przypadku standardowego procesu DED, a zarazem o jeden rząd wielkości wyższym niż w technologii LPBF (laser powder bed fusion).
Uzyskane tempo nanoszenia materiału sprawiło, że otrzymywane wyroby cechowały się inną mikrostrukturą od typowych wydruków metodą DED. Badania wykazały jednak parametry materiałowe zbliżone do uzyskiwanych przy konwencjonalnej krystalizacji kierunkowej Inconelu, co oznacza, że wysokowydajne wytwarzanie przyrostowe metodą DED może znaleźć zastosowanie w wymagających sektorach produkcji przemysłowej, między innymi w lotnictwie.
Kovarik, O., Maffia, S., Stittgen, T. et al.: Mechanical and Fracture Properties of As-Built Inconel 718 Produced by High-Speed Laser Directed Energy Deposition: Stability to Process Parameters Variation, J Therm Spray Tech, 2026
