ناسا با معرفی یک آلیاژ جدید به نام GRX-810، گامی بزرگ در مسیر ساخت قطعات مقاوم‌تر و سبک‌تر برای موتورهای هواپیما برداشته است. این آلیاژ قابلیت چاپ سه‌بعدی دارد و می‌تواند در دماهای بسیار بالا و تحت فشار شدید عملکردی پایدار داشته باشد. همین ویژگی‌ها باعث شده است کارشناسان آن را نقطه عطفی در صنعت هوافضا بدانند.
چرا ناسا آلیاژ GRX-810 را ساخت؟
تحقیقات به رهبری دکتر تیموتی ام. اسمیت در مرکز تحقیقاتی گلن ناسا منجر به معرفی این آلیاژ شد. در سال ۲۰۲۳، مطالعه‌ای معتبر نشان داد که GRX-810:
- دو برابر مقاومت کششی بیشتر نسبت به آلیاژهای نیکل قابل چاپ دارد
- حدود ۱۰۰۰ برابر مقاومت خزش (Creep Resistance) بالاتر ارائه می‌دهد
- مقاومت در برابر اکسیداسیون آن دو برابر بیشتر است
این ویژگی‌ها به‌ویژه برای موتورهایی که در دماهای حدود ۲۰۰۰ فارنهایت (۱۰۹۳ درجه سانتی‌گراد) به‌طور مستمر کار می‌کنند حیاتی است.
«مقاومت بالای خزش یعنی قطعه شکل خود را در طول زمان حفظ می‌کند و راندمان سیستم پایدار می‌ماند.»
چه چیزی GRX-810 را خاص می‌کند؟
آلیاژ GRX-810 در دسته‌ی ODS (Oxide Dispersion Strengthened) قرار می‌گیرد. این یعنی ذرات نانوسرامیکی در سراسر فلز پخش شده‌اند و به استحکام آن در برابر حرارت و فشار کمک می‌کنند.
- ترکیب پایه‌ی این آلیاژ از خانواده‌ی NiCoCr است؛ آلیاژهایی شناخته‌شده برای مقاومت و انعطاف‌پذیری در دماهای پایین و معمولی.
- ذرات ریز اکسید ایتریوم (Y2O3) در مقیاس نانو باعث پایداری حرارتی می‌شوند و جلوی تغییر شکل در دمای بالا را می‌گیرند.
- این ساختار مانع انتشار ترک و تغییر شکل می‌شود.
روش تولید:
GRX-810 عمدتاً با فناوری Laser Powder Bed Fusion چاپ می‌شود؛ روشی که لایه‌های پودر فلزی را ذوب کرده و قطعاتی با شکل پیچیده می‌سازد. این روش اجازه‌ی طراحی کانال‌های خنک‌کننده داخلی و دیواره‌های نازک را می‌دهد که برای کاهش وزن و افزایش کارایی بسیار ارزشمند هستند.
از آزمایشگاه تا صنعت
ناسا تاکنون نازل‌ها و قطعات داغ موتور را با GRX-810 ساخته و در شرایط واقعی آزمایش کرده است. نتایج نشان داده‌اند که این آلیاژ:
- هم با Powder Bed Fusion
- هم با Directed Energy Deposition (برای قطعات بزرگ‌تر)
قابل پردازش است.
شرکت Elementum 3D نیز به عنوان یکی از تأمین‌کنندگان پودر این آلیاژ فعالیت می‌کند. آن‌ها هم در مقیاس کوچک برای تحقیق و هم در مقیاس بیش از یک تُن برای تولید صنعتی پودر GRX-810 عرضه می‌کنند.
آزمون‌های تنش و دوام
وقتی گفته می‌شود یک قطعه می‌تواند فشار ۲۰ مگاپاسکال (معادل ۲۹۰۰ psi) را در دمای ۲۰۰۰ فارنهایت تحمل کند، یعنی این قطعه در شرایطی کار می‌کند که آلیاژهای معمولی خیلی زود از بین می‌روند.
- در یک آزمایش، نمونه‌ای از GRX-810 توانست ۶۵۰۰ ساعت (بیش از ۸ ماه) تحت فشار مداوم کار کند.
- این میزان دوام برای آلیاژهای ارزان‌تر تقریباً دست‌نیافتنی است.
«یک ماده تحت فشار و دمای بالا می‌تواند مثل تافی کش بیاید. GRX-810 نشان داد که می‌تواند عمر دوبرابری نسبت به نسخه‌های کوچک‌مقیاس داشته باشد.» – جرمی آیتن، مدیر فنی Elementum 3D
آینده‌ی استفاده از GRX-810
به گفته‌ی دکتر اسمیت:
«این سوپرآلیاژ می‌تواند به‌طور چشمگیری مقاومت و استحکام قطعات در صنعت هوافضا و حتی اکتشافات فضایی را افزایش دهد.»
کاربردهای احتمالی:
- صنعت هوافضا (موتورهای هواپیما، فضاپیماها)
- توربین‌های تولید برق
- پلتفرم‌های هایپرسونیک (پروازهای فوق‌سریع)
اگر این آلیاژ در چاپگرها و حجم‌های مختلف به‌طور یکنواخت عملکرد مطلوب داشته باشد، گواهی‌های صنعتی برای آن صادر خواهد شد. این به معنی پارامترهای چاپ استاندارد، روش‌های بازرسی پیشرفته، و کنترل کیفیت دقیق خواهد بود.
جمع‌بندی
آلیاژ GRX-810 ناسا نه تنها می‌تواند هزینه‌های سفرهای هوایی را کاهش دهد بلکه سرعت و ایمنی را هم بهبود می‌بخشد. چاپ سه‌بعدی این آلیاژ امکان ساخت قطعات سبک‌تر و مقاوم‌تر را فراهم می‌کند و می‌تواند تحولی بزرگ در هوافضا، انرژی و حتی فناوری‌های آینده ایجاد کند.
اگر به نوآوری‌های هوافضا، فناوری چاپ سه‌بعدی یا آینده‌ی سفرهای هوایی علاقه‌مند هستید، آخرین اخبار و مقالات مربوط به آلیاژهای پیشرفته و دستاوردهای ناسا را دنبال کنید. آینده پرواز در دستان همین فناوری‌هاست!
