Появилась новость, что китайский самолёт поднялся на 4 км с двигателем, который полностью... напечатан на 3D-принтере! Да-да, не собран из кучи деталей, а именно напечатан. Но насколько это возможно с точки зрения физики? Давайте разбираться вместе.
В СМИ опубликовали новость (краткие выписки):
«КНР успешно завершила первое лётное испытание сверхлёгкого турбореактивного двигателя, произведённого с применением технологии 3D-печати. Данная силовая установка подняла самолёт на высоту в 4000 м.
3D-печать даёт возможность создавать монокристаллические лопатки турбин.
Корпорация Aero Engine Corporation of China (AECC) заявила, что тестирование подтвердило надёжность и стабильную работу двигателя.»
На этом новость закончилась. Возгласы, восхищения и аплодисменты стихли. Город засыпает. Просыпается мафия физики. И теперь давайте обсудим суть этой новости, а точнее его ключевое слово – «монокристаллические лопатки», которые в Китае создали при помощи 3Д-печати.
Можно ли напечатать на 3D принтере авиадвигатель?
Обычно двигатели делают из множества металлических деталей, которые отливают, фрезеруют, обтачивают. Это долго, дорого и тяжело. А теперь – взяли чертёж и с помощью 3D-принтера напечатали турбореактивный двигатель. Фантастика!
Это называется аддитивная технология: металл накладывается слой за слоем, как в игре «Лего» или как строят ласточки свои гнёзда, только в микромасштабе.
Вроде всё складывается хорошо, но почему тогда не спят физики?
Физика против пиара
Монокристалл – это вещество, в котором атомы или молекулы упорядочены в чёткую кристаллическую решётку, и это упорядочение продолжается на всём объёме кристалла. То есть никаких границ между зёрнами, как в обычных металлах. Это придаёт материалу повышенную прочность и термостойкость, что очень важно для турбин, работающих при температурах выше 1000 °C.
Такие монокристаллы в двигателестроении делают специальным методом – направленной кристаллизацией. Там всё происходит при очень точном контроле температуры, скорости охлаждения и даже формы кристалла. Это долгий, дорогой, но проверенный способ.
Теперь вернёмся к принтеру.
3D-печать – это лазерное сплавление порошка, слой за слоем много маленьких частиц соединяются. Но… ведь тогда структура получается поликристаллической, то есть из множества зёрен, между которыми есть границы – это не монокристалл.
Таким образом, настоящий монокристалл формируется на уровне «прикрепления» молекул и поэтому получить монокристалл на 3D-принтере технически невозможно. Это действительно физически сложно: нужно контролировать атомный уровень роста кристаллов, а не просто сплавлять порошок.
Так что же напечатали китайцы?
Теперь, внимание! Скорее всего, в оригинале сообщения речь шла не о том, что они напечатали монокристалл или полностью весь авиационный двигатель, а о том, что:
- Некоторые части двигателя сделаны традиционно – например, монокристаллические лопатки.
- А детали корпуса и механических узлов напечатаны на 3D-принтере.
Или же – и это тоже возможно – китайцы ведут эксперименты с направленной кристаллизацией прямо в процессе печати, что на теоретическом уровне может дать нечто похожее на монокристаллическую структуру, но это пока в стадии исследований, и точно не массовая технология.
Вместо заключения
Так всё-таки – двигатель, который поднял в воздух китайский самолёт – полностью напечатан или нет? Честный ответ: нет, 3D-печать не может создавать монокристаллы!
В классическом понимании «монокристалл» на 3Д-принтерах пока получить нельзя (по крайней мере не в промышленных масштабах). Скорее всего речь идёт о некоторых деталях двигателя. Ведь иногда в научно-популярных или рекламных текстах термины используют чуть вольно.
А вот ещё статьи, посвященные изобретениям в Китае:
А как вы думаете, может Китай действительно уже дошел до такого технологического уровня 3D-печати, что может полностью распечатать авиадвигатель и монокристаллические лопатки турбин в том числе?
Благодарю, что дочитали до конца. Лайк – лучшее спасибо мне, как автору!