Technologie výroby materiálu 3D tištěného kompozitu s inkorporací nanočástic

Kód výsledku v IS VaVaI

<a href="https://www.isvavai.cz/riv?ss=detail&h=RIV%2F26316919%3A_____%2F25%3AN0000075" target="_blank" >RIV/26316919:_____/25:N0000075 - isvavai.cz</a>

Výsledek na webu

—

DOI - Digital Object Identifier

—

Jazyk výsledku

čeština

Název v původním jazyce

Technologie výroby materiálu 3D tištěného kompozitu s inkorporací nanočástic

Popis výsledku v původním jazyce

Výsledek VaV představuje ověřenou technologii výroby pokročilého kompozitního materiálu na bázi korozivzdorné oceli 316L, realizovanou technologií aditivní výroby metodou přímé depozice energie (DED). Technologie je založena na řízeném přídavku nanočástic karbidu wolframu (WC) do kovové matrice během procesu výroby, čímž dochází k vytvoření disperzně zpevněného materiálu (ODS). V rámci vývoje byl navržen a experimentálně ověřen postup homogenního rozptýlení nanočástic WC o velikosti 50–100 nm v kovovém prášku metodou předmíchání složek s rozdílnou granulometrií. Tento postup zajišťuje stabilní transport částic do tavné lázně a jejich rovnoměrnou distribuci v objemu materiálu během procesu DED. Součástí ověření technologie byla optimalizace procesních parametrů na zařízení InssTek MX-LAB a následné experimentální ověření na vyrobených vzorcích. Bylo prokázáno dosažení nízké pórovitosti (cca 0,1 %), homogenní mikrostruktury a významného zvýšení mechanických vlastností, zejména tvrdosti, oproti referenčnímu materiálu 316L. Funkčnost technologie byla ověřena experimentálně a výsledky potvrzují její reprodukovatelnost a aplikační potenciál pro výrobu komponent vystavených zvýšenému mechanickému namáhání a opotřebení. Technologie je využitelná v průmyslové praxi v oblastech s vysokými nároky na mechanickou odolnost a životnost součástí.

Název v anglickém jazyce

Technology for producing 3D printed composite material with incorporation of nanoparticles

Popis výsledku anglicky

The result of this R&D project is a proven technology for manufacturing an advanced composite material based on 316L stainless steel, produced using direct energy deposition (DED) additive manufacturing. The technology is based on the controlled addition of tungsten carbide (WC) nanoparticles into a metal matrix during the manufacturing process, resulting in the creation of a dispersion-strengthened material (ODS). As part of the development, a procedure was designed and experimentally verified for the homogeneous dispersion of WC nanoparticles with a size of 50–100 nm in metal powder using the method of premixing components with different particle sizes. This procedure ensures stable transport of the particles into the molten bath and their uniform distribution throughout the material volume during the DED process. The technology validation included the optimization of process parameters on the InssTek MX-LAB equipment and subsequent experimental verification on the produced samples. It was demonstrated that low porosity (approx. 0.1%), a homogeneous microstructure, and a significant increase in mechanical properties, particularly hardness, were achieved compared to the 316L reference material. The technology’s functionality was verified experimentally, and the results confirm its reproducibility and application potential for the production of components subjected to increased mechanical stress and wear. The technology is applicable in industrial practice in areas with high demands on the mechanical resistance and service life of components.

Druh

Z_tech - Ověřená technologie

CEP obor

—

OECD FORD obor

20501 - Materials engineering

Projekt

—

Návaznosti

I - Institucionalni podpora na dlouhodoby koncepcni rozvoj vyzkumne organizace

Rok uplatnění

2025

Kód důvěrnosti údajů

C - Předmět řešení projektu podléhá obchodnímu tajemství (§ 504 Občanského zákoníku), ale název projektu, cíle projektu a u ukončeného nebo zastaveného projektu zhodnocení výsledku řešení projektu (údaje P03, P04, P15, P19, P29, PN8) dodané do CEP, jsou upraveny tak, aby byly zveřejnitelné.

Interní identifikační kód produktu

VZT2500009

Číselná identifikace

—

Technické parametry

Výsledek byl realizován pomocí technologie přímé depozice energie (DED) na zařízení InssTek MX-LAB vybaveném ytterbiovým vláknovým laserem o maximálním výkonu 0,5 kW a ochrannou atmosférou argonu (Ar 5.0). Pro experimentální výrobu byl použit modul SDM 400 s průměrem laserového bodu 400 µm. Proces depozice probíhal se strategií Zig-Zag CFC/CF s rotací jednotlivých vrstev o 90°. Použitým materiálem byla nerezová ocel 316L s přídavkem 5 hm. % nanočástic karbidu wolframu (WC). Nanočástice o velikosti 50–100 nm byly předem homogenně rozptýleny na povrchu částic základního prášku. Práškový materiál byl dodán společností Osprey/SAM. Základní procesní parametry zahrnovaly: výkon laseru: 250 W, rychlost depozice: 850 mm/min, dávkování prášku: 1 g/min. Metalografická analýza vzorků ve stavu po tisku (as-built) prokázala homogenní austenitickou mikrostrukturu s rovnoměrně rozptýlenými částicemi WC a minimální pórovitost přibližně 0,1 %. Tvrdost materiálu byla měřena metodou Vickers dle ČSN EN ISO 6507-1 při zatížení HV10 a dosahovala průměrné hodnoty 269 HV10, což představuje významné zlepšení mechanických vlastností oproti standardní oceli 316L vyrobené aditivní technologií.

Ekonomické parametry

Vyvinutý materiál a technologický postup vykazují vysoký ekonomický potenciál zejména pro aplikace v oblasti energetiky, chemického průmyslu, nástrojářství a výroby funkčních povrchů vystavených opotřebení. Technologie DED umožňuje cílené nanášení kompozitní vrstvy pouze do namáhaných oblastí komponent, čímž dochází k významné úspoře drahých vyztužujících materiálů a snížení celkových výrobních nákladů. Ekonomickou výhodou je rovněž možnost renovace a lokálního zesílení existujících dílů namísto jejich kompletní výměny. Použitý přístup nevyžaduje zásadní úpravy stávající DED technologie ani speciální zařízení pro manipulaci s nanočásticemi, což snižuje investiční náklady na zavedení technologie do průmyslové praxe. Výsledek má potenciál pro další rozvoj směrem k poloprovoznímu a průmyslovému využití a může sloužit jako základ pro nové aplikační projekty a spolupráci s průmyslovými partnery.

Kategorie aplik. výsledku dle nákladů

—

IČO vlastníka výsledku

26316919

Název vlastníka

COMTES FHT a.s.

Stát vlastníka

CZ - Česká republika

Druh možnosti využití

A - K využití výsledku jiným subjektem je vždy nutné nabytí licence

Požadavek na licenční poplatek

A - Poskytovatel licence na výsledek požaduje licenční poplatek

Adresa www stránky s výsledkem

—