3D

Jun 14, 2023

테르밋은 양날의 검입니다. 엄청난 에너지 밀도를 담고 있으며 점화 시 엄청난 열을 생성하는 테르밋은 기차 선로 용접에 적합합니다. 그러나 때로는 좀 더 정교함을 원할 수도 있습니다. 3D 프린팅 테르밋에 대한 새로운 접근 방식은 짐승을 길들일 수 있을 수도 있습니다.

우리 대부분은 쾌적한 기후의 실내에 안전하게 앉아 납땜을 합니다. 우리가 직면하게 될 가장 큰 위험은 손가락 끝이 타는 것, 열 수축을 잊어버리는 것, 실수로 연기 괴물을 방출하는 것입니다. 하지만 우리 집과 작업장 밖에서는 극단적인 금속 접합이 많이 일어나고 있습니다. 어디에서 수행되든 현장에서의 용접 및 브레이징에는 많은 장비가 필요하며, 그 중 일부는 다루기 힘들고 열악한 조건에서 이동하기가 훨씬 더 어렵습니다.

브레이징의 유용성은 이를 지원하는 데 필요한 모든 복잡한 하드웨어 비계로 인해 제한됩니다. 이러한 제한 요인과 테르밋의 발견으로 인해 발열 용접이 가능해졌습니다. 이 용접은 용가재를 녹이고 조각을 결합하기에 충분한 열을 제공하는 에너지 재료를 사용합니다. 에너지 물질은 많은 양의 화학에너지를 저장했다가 단시간에 강제로 방출할 수 있다.

테르밋은 금속 산화물과 금속 분말, 종종 산화철과 알루미늄으로 만들어집니다. 고열원에 의해 점화되면 테르밋 화합물은 알루미늄이 산화철 원자의 전자 수를 감소시키기 때문에 발열 환원 산화(산화환원) 반응을 겪습니다. 열이 많을수록 반응이 더 빠르게 진행되어 더 많은 열이 발생합니다. 그 결과 용융철과 산화알루미늄 슬래그가 생성됩니다.

테르밋의 첫 번째 용도 중 하나는 철로를 연결하는 것이었고 오늘날에도 여전히 그 목적으로 사용되고 있습니다. 다음은 테르밋 용접 공정에 대한 멋진 비디오입니다.

테르밋은 극도로 높은 열을 발생시키기 때문에 위험하지만 장점도 많습니다. 우선, 이종 금속을 접합하는 데 능숙합니다. 압착된 연결은 매우 안정적이지만 테르밋 조인트는 더 강하고 더 높은 전압을 견딜 수 있습니다. 랩 조인트를 만드는 데 사용하기 쉽습니다. 작업 부품으로 납땜 샌드위치를 ​​만들고 그 위에 테르밋을 놓은 다음 마그네슘 리본으로 점화하거나 불꽃놀이에 대한 모든 사람의 입문인 스파클러를 사용하면 됩니다.

테르밋은 결과적으로 발생하는 열 출력이 테르밋의 질량과 직접적인 관련이 있기 때문에 예측 가능하게 확장 가능합니다. 전통적으로 테르밋 반응은 화학 성분을 다양하게 변경하여 조정됩니다. 즉, 원하는 대로 될 때까지 녹이 조금 더 많고 알루미늄 분말이 조금 더 적게 들어갑니다. 기차 선로를 놓는 것과 같은 일반적인 환경에서는 약간 위험하기는 하지만 모두 괜찮고 좋습니다. 우주, 바다, 전장과 같은 열악한 환경에서는 고열 사용의 위험이 훨씬 더 커집니다.

최근 Vanderbilt University의 기계 공학 박사 과정 학생은 특히 열악한 환경에서 발열 용접을 훨씬 더 안전하게 만들 수 있는 인쇄 가능한 4D 테르밋 페이스트를 만들었습니다.

이 페이스트는 산화철, 알루미늄 분말, 석고 분말로 만들어집니다. 석고 분말은 물과 혼합될 때 분말을 인쇄 가능한 페이스트로 묶습니다. 타르타르산을 물에 첨가했지만 Ultimaker 2+에 연결된 Discov3ry 1.0 페이스트 압출기인 프린터를 통해 이를 실행하는 데 45분이 부족했습니다. 실험에서 팀은 페이스트를 사용하여 알루미늄을 융합하고 간단한 구리 랩 조인트를 만드는 데 성공했습니다.

반응성 재료 구조(RMA)라고 불리는 정확한 지그재그 및 기타 형상으로 페이스트를 인쇄함으로써 팀은 테르밋 반응을 더 효과적으로 제어할 수 있었습니다. 이러한 패턴으로 분포되면 테르밋은 퓨즈처럼 연소되는 프로그래밍 가능한 열원으로 작동하며 본질적으로 저장, 운송 및 사용이 더 안전합니다.

이러한 RMA의 모양은 각각이 테르밋 반응에 영향을 미치는 방식을 탐색하기 위해 선택되었습니다. 첫 번째는 단순화된 지그재그로, 한쪽 끝이 점화될 때 전파 속도를 측정하기 위해 설계된 직각을 가진 길쭉한 S 패턴입니다.