1. Nykytilanne metallin lujuudesta 3D-tulostuksessa
Metallijauhe sulatetaan kerros kerrokselta ja kovetetaan halutun muodon luomiseksi 3D-tulostuksen aikana. Siitä huolimatta monimutkainen lämpötilagradientti, nopea jäähdytys ja kerros kerrokselta pinoavat ominaisuudet painoprosessin aikana saavat metallien sisäisen mikrorakenteen poikkeamaan perinteisillä valu- tai taontatekniikoilla saavutetusta. Raemuoto, faasijakauma ja mikroskooppiset viat, jotka vaikuttavat 3D-tulostetun metallin suorituskykyyn ja lujuuteen, heijastavat erityisesti näitä vaihteluita.
Metallimateriaalien lujuus ja sitkeys on jo pitkään vaihdettu; suuri lujuus johtuu yleensä alhaisesta sitkeydestä ja päinvastoin. Mutta 3D-tulostuksen alalla tämä kompromissi on käynyt yhä monimutkaisemmaksi. Vaikka 3D-tulostus tarjoaa lukemattomia mahdollisuuksia suunnittelun optimointiin tuottamalla metalliosia, joissa on monimutkaisia geometrisia muotoja ja mikrorakenteita, sen lujuutta ja suorituskykyä on toisinaan vaikea saavuttaa perinteisten prosessien tasolle tulostusprosessin aikana ilmenevien erilaisten mikrovikojen ja rakeiden epähomogeenisuuden vuoksi.
2. Tekniikat 3D-tulostetun metallin lujuuden lisäämiseksi
Tutkijat ovat noudattaneet useita lähestymistapoja lisätäkseen 3D-tulostettujen metallien lujuutta.
lejeeringin suunnittelun optimointi: Mikrorakennetta ja metallin ominaisuuksia voidaan muuttaa paljon muuttamalla lejeeringin koostumusta. Esimerkiksi titaaniseoksille molybdeenin (Mo) käyttö voi auttaa lisäämään faasin vakautta sekä lujuuden ja sitkeyden tasaisuutta. Tanskan teknisestä yliopistosta, Chongqingin yliopistosta ja Queenslandin yliopistosta koostuva yhdistetty tiimi on saanut aikaan kaksitoimisen metalliseossuunnittelun avulla 3D-tulostetun titaaniseoksen, jolla on erittäin homogeeninen, korkea lujuus ja sitkeys. Sen sitkeys on 26 %; sen myötöraja on 926 MPa.
Valvontamenetelmä: prosessi Metallien mikrorakenteeseen ja ominaisuuksiin vaikuttavat suuresti painoprosessin aikana määritetyt parametrit, kuten laserteho, skannausnopeus, kerrospaksuus jne. Mikroviat voidaan minimoida ja metallin lujuutta ja ominaisuuksia parantaa optimoimalla näitä tekijöitä.
Rakeiden mikrorakenteen muuttaminen ja hienoraerajojen vahvistaminen Metallien lujuutta ja kovuutta voidaan nostaa parantamalla raemuotoa ja -muotoa. Esimerkiksi korkean intensiteetin ultraääniaaltojen käyttö, prosessointiasetusten säätäminen tai heterorakenteiden lisääminen saattaa auttaa tasakeskeisten kiteiden kehittymistä, mikä vähentää pylväsmäisten rakeiden kehittymistä ja siten 3D-tulostettujen metallien vahvistumista ja sitkeyttä.
käsittelyn jälkeen: Painatuksen jälkeen lämpökäsittely voi parantaa metallien mikrorakennetta ja ominaisuuksia. Silti tulee mainita, että lämpökäsittelyparametrien huolellinen valinta on välttämätöntä, sillä lämpökäsittely voi tuoda mukanaan uusia mikrovirheitä tai muuttaa alkuperäistä mikrorakennetta.
3. pikemminkin kuin kolmiulotteinen metallin lujuustapaustutkimus
Titaaniseosten suuri lujuus ja sitkeys: Molybdeenielementtien lisääminen on tuottanut erittäin homogeenisia, lujia ja sitkeitä 3D-tulostettuja titaaniseoksia, kuten australialaisten yliopistojen, mukaan lukien Queenslandin yliopiston, yhdistetty tiimi on aiemmin maininnut. Erinomaisten mekaanisten ominaisuuksiensa lisäksi tällä titaaniseoksella on hyvä työstökarkaisukyky, mikä avaa ovia käyttöön korkeatasoisilla aloilla, mukaan lukien ilmailu.
Kiinan tiedeakatemian metalliinstituutin ja Kalifornian yliopiston Berkeleyssä Yhdysvalloissa yhteistyöryhmä on kehittänyt lähes huokosvapaan Net-AM Ti-6Al-4V -seoksen keksimällä uusi NAMP-prosessi defektien ja kudosten vaiheittaiseen säätelyyn, korkea väsymiskestävyys. Kaikista tallennetuista materiaalin väsymistiedoista tämän seoksen vetovetolujuus on jopa 978 MPa, mikä on suurin ominaisväsymislujuus. Tämä menestys osoittaa 3D-tulostusteknologian erityiset edut väsymistä kestävässä valmistuksessa ja muuttaa ihmisten luonnollista tietämystä 3D-tulostusmateriaalien heikosta suorituskyvystä.
Purduen yliopiston tutkimusryhmä on luonut erittäin lujan alumiiniseoksen, joka sopii 3D-tulostukseen. Integroimalla siirtymämetalleja, kuten kobolttia, rautaa, nikkeliä ja titaania alumiiniin nanomittakaavan monikerroksisten, kerroksittain muotoutuvien metallien välisten yhdisteiden tuottamiseksi, he loivat uudentyyppisen alumiiniseoksen, jossa yhdistyvät suuri lujuus ja hyvä plastinen muodonmuutoskyky. Tämän alumiiniseoksen lujuus ylittää 900 MPa, mikä luo erinomaiset mahdollisuudet lujien alumiiniseosten käyttöön useilla aloilla.
https://www.china-3dprinting.com/metal-3d-printing/3d-printing-inconel-625-turbine-blades.html