Voidaanko useita metallimateriaaleja käyttää saman teollisuuskomponentin tulostamiseen?

一, Tekninen periaate: Materiaalien valitseminen ja käyttöliittymän hallinta
Multi - metalli 3D -tulostuksen päätavoite on saada kaksi tai useampia metalleja sulautumaan yhteen metallurgisesti. Tämän tekemiseen on kaksi päätapaa: jauhesängyn sulaminen (SLM/L - PBF) ja suunnattu energian kerrostuminen (DED). Esimerkiksi SLM -tekniikan on mentävä kolmen suuren teknologisen esteen yli tulostamiseksi useilla metalleilla:
Materiaalin yhteensopivuuden hallinta
Valitse metalliyhdistelmä, jonka sulamispisteen ero on alle 200 astetta ja lämpölaajennuskerroin ero on alle 10%. NASA käyttää grcop - 42 kupariseoksen (sulamispiste 1083 astetta) ja HR - 1 nikkelipohjaisen korkean lämpötilan seos (sulamispiste 1390 astetta) kahden materiaalin välillä 0,3 mm: n siirtymäkerroksessa. He tekevät tämän hallitsemalla laserenergiatiheyttä (120-150 J/mm ³) ja skannausnopeutta (800-1200 mm/s). Vetolujuus rajapinnassa on 420 MPa, mikä on 60% korkeampi kuin tyypillisissä juotamismenetelmissä.
Jauheen leviämistä koskevan menetelmän kunnostaminen
Vanha tapa jakaa jauhetta, jolla on vain yksi materiaali Fraunhofer IGCV -laboratorio loi sähköstaattisen adsorptiojauheen levityslaitteen, joka voi valikoivasti adsorboida erilaisia ​​metallijauheita toimittamalla -5000 V: n sähköstaattisen kentän rakennusalustalle. Järjestelmä levittää CW106C -kupariseosjauhetta (sisäkerroksen) ja 1,2709 teräsjauhetta (ulkokerroksen) erittäin tarkasti samalla kun kupariterästakin työntökammio. Jauheen talteenottoaste on 98%, mikä on kolme kertaa parempi kuin tavanomainen mekaaninen kaavinjauhe leviäminen.
Prosessiparametrien dynaaminen hallinta
Monimuotoisille materiaalien alueille multi - metallitulostuksen on muutettava laservoimaa, skannaustekniikkaa ja muita asetuksia reaaliajassa. Meltio's 3E -metallin kerrostumitekniikka käyttää älykkäitä antureita pitääkseen silmällä sulan poolin lämpötilaa reaaliajassa (virhe ± 5 asteessa). Se säätää myös automaattisesti titaaniseoksen (400 W: n laservoima) ja alumiiniseoksen (laservoima 250W) laskeumaparametrit automaattisesti. Tämä menetelmä tekee ilmailumoottorin kiinnikkeistä titaaniseoksesta ja alumiiniseoksesta. Titanium seosalueen kovuus on HRC 38, ja alumiiniseosalueen pidennysaste on 18%, mikä on 25% korkeampi kuin yksittäisten materiaalien tulostamisteho.
2, yleinen käyttö: siirtyminen laboratoriosta tehdaskäytäntöön
1. Aerospace: Palautuskammion kevyemmän tekeminen ja lämmön hallinnassa paremmin
Rakettimoottorin palamiskammion on käsiteltävä kaasun huuhtelu 3000 asteessa ja nestemäinen happijäähdytys - 180 asteessa. Kupariseosvuoren yhdistämiseksi nikkeli - -pohjaiseen seoskuoreen perinteisessä valmistuksessa käytetään räjähteitä hitsausta. Tämä menettely voi kestää jopa kuusi kuukautta. Saksan Safran -ryhmä käytti SLM -menettelyä kuparin - teräsbimetallisen palamiskammion valmistukseen. Käyttämällä Multi-Metal 3D -tulostustekniikkaa, he pystyivät vähentämään valmistusaikaa puoleen ja tekemään kammiosta 40% kevyempää. Tärkein innovaatio on funktionaalisesti luokiteltujen materiaalisuunnittelun käyttö. Kupariseoksen (GRCOP-84) ja teräksen (316L) välillä on 0,5 mm paksu Nicraly-siirtymäkerros. Tämä kerros muuttaa sujuvasti lämpölaajennuskertoimen 16,5 × 10 ⁻⁶/ asteeseen 12,8 × 10 ⁻⁶/ aste, joka eroaa rajapinnan stressipitoisuudesta.
2. energialaitteet: Konformaalisten jäähdytyskanavien valmistusvallankumous
Injektiomuottien tuotannossa perinteiset jäähdytysvesikanavat ovat enimmäkseen lineaarisia käsittelyrajojen vuoksi. Tämä aiheuttaa muotin lämpötilakenttien epätasaisen (jopa 30 asteen varianssien kanssa), mikä heikentää tuotteen muovauksen laatua. AerosIntin bimetalli SLM -tekniikka tulostaa kupariseoksen (CUCR1ZR) jäähdytyskanavat muotin inserttien sisällä, mikä tekee jäähdytyksestä kolme kertaa tehokkaamman. Tämä menetelmä lyhentää aikaa, joka kuluu autopuskurin muottien jäähdyttämiseen 45 sekunnista 18 sekuntiin, leikkaa energiankulutuksen yksittäiselle - kappaleen tuotantoon 60%: lla ja tekee muotista yli 2 miljoonaa kertaa.
3. Biolääketieteellinen: räätälöityjen implanttien suorituskyvyn mukauttaminen
Titaaniseoksesta tehdyt keinotekoiset nivelet tarvitsevat pitkään integroida luun (6–12 kuukautta). Ryhmä Luoteis -ammattikorkeakoulusta on luonut titaani -tantaalibimetallisen 3D -tulostustekniikan, joka on kolminkertaistanut implanttien ja luukuolen välisen sidoksen voimakkuuden. Tämä tehtiin tallettamalla tantaali (TA) huokoiset rakenteet (huokoisuus 65%, huokoskoko 500 μm) titaaniseoksen pinnalle (TI6AL4V). Kliininen näyttö osoittaa, että tätä tekniikkaa hyödyntävällä lonkka -nivelimplantilla saavuttaa luun integrointinopeuden 92% kolme kuukautta - leikkauksen leikkauksen jälkeen, mikä vähentää kuntoutuksen kestoa 50% verrattuna tavanomaiseen titaaniseos -implanttiin.
3, tekniikan ongelmat ja tulevaisuuden suuntaukset
Vaikka multi - metalli 3D -tulostus on siirtynyt laboratoriosta todelliseen maailmaan, on vielä kolme suurta ongelmaa, jotka on ratkaistava ennen kuin sitä voidaan käyttää laaja -alaisessa mittakaavassa:
Materiaalirajapintojen luotettavuus
Ero metallien laajentuessa lämmitettäessä voi helposti aiheuttaa halkeamien muodostumisen rajapinnassa. Lisäämällä nano - -kokoiset NBC -hiukkaset (50–100 nm) teräksessä - kupariliitäntä, MIT -tutkimusryhmä pystyi parantamaan rajapinnan sidoslujuutta 280 MPa: een 410 MPa: iin ja leikkaamaan halkeaman etenemisnopeutta 80%.
Laitteiden kustannukset ja tehokkuus
Multi - metalli SLM -laitteet maksavat 3–5 kertaa enemmän kuin yksi - materiaalilaitteet, ja jauheen leviämisnopeus on vain 60% yhden - materiaalilaitteista. Siemensin rinnakkaisjauhelevitystekniikka, joka käyttää kahta sähköstaattista adsorptiopäätä yhdessä, on nopeuttanut jauheen levitysprosessia arvoon 1200 mm/s ja vähentänyt yhden kappaleen tulostamisen kustannuksia 45%.
Ei standardien järjestelmää
Multi - metalli 3D -tulostukselle tällä hetkellä ei ole globaalia laatustandardia. ISO/ASTM 52912 -standardin luonnos ehdottaa indikaattoreita, kuten "materiaalin siirtymävyöhykkeen leveys pienempi tai yhtä suuri kuin 0,5 mm" ja "rajapinnan sidoslujuus, joka on suurempi tai yhtä suuri kuin 80% matriisimateriaalista". Sen on tarkoitus julkaista virallisesti vuonna 2026.
Seuraavan viiden vuoden aikana multi - metalli 3D -tulostus liikkuu "neljän modernisointin" suuntaan:
Järjestelmä, jolla on erilaisia ​​materiaaleja: uusien metallien yhdistelmien tekeminen, jotka ovat kevyitä ja vahvoja, mukaan lukien titaanimagnesium ja alumiini -skandium
Älykäs prosessien hallinta: Digitaalisen kaksoistekniikan käyttäminen tulostusprosessin parantamiseksi reaaliajassa
Laitteiden moduulien integrointi: komposiittiosien valmistus, joissa yhdistyvät lisäaineen valmistus, lämmönkäsittely ja koneistus
Laajennetaan niiden paikkojen lukumäärää, joissa sitä voidaan käyttää: sen saaminen toimimaan laajassa mittakaavassa sellaisilla alueilla, kuten ydinvoima ja syvä - merilaitteet