Kas sama tööstusliku komponendi printimiseks saab kasutada mitut metallmaterjali?

一, tehniline põhimõte: materjalide valimise ja liidese kontrollimise põhiidee
Multi - metalli 3D -printimise peamine eesmärk on saada kaks või enam metalli metallurgiliselt kokku sulandumiseks. Selleks on kaks peamist viisi: pulbervoodi sulamine (SLM/L - PBF) ja suunatud energia sadestumine (DED). Näiteks peab SLM -tehnoloogia mitme metalliga printimiseks ületama kolme suurt tehnoloogilist teetõket:
Materiaalse ühilduvuse kontroll
Valige metallkombinatsioon, mille sulamistemperatuur on alla 200 kraadi ja soojuspaisumisteguri erinevus alla 10%. NASA kasutab segu GRCOP - 42 vasksulamist (sulamispunkt 1083 kraadi) ja HR - 1 niklipõhise kõrgtemperatuuriga sulami (sulamispunkt 1390 kraad), et luua kahe materjali vahel 0,3 mm siirdekihis. Nad teevad seda, kontrollides laseriga energia tihedust (120-150 J/mm ³) ja skaneerimise kiirust (800–1200 mm/s). Liidese tõmbetugevus on 420 MPa, mis on 60% kõrgem kui tüüpilistel kõvajoodiitöid.
Pulbri hajutamise meetodi renoveerimine
Vana viis pulbri levitamiseks ainult ühe materjaliga ei tööta mitme - metalli vahelduva sadestumise korral. Fraunhofer IGCV labor lõi elektrostaatilise adsorptsioonipulbri levitamisseadme, mis suudab valikuliselt erinevaid metallpulbreid adsorbeerida, toimetades ehitusplatvormi -5000 V elektrostaatilise välja. Süsteem levib CW106C vasksulamipulbrit (sisekiht) ja 1,2709 terasest pulbrit (väliskihti) väga täpselt, tehes vaskterase jope tõukekambri. Pulbri taastumise määr on 98%, mis on kolm korda parem kui standardse mehaanilise kaabitsapulbri levik.
Protsessiparameetrite dünaamiline haldamine
Mitmekesiste materjalide jaoks peab multi - metalli printimine muutma laservõimsust, skaneerimise tehnikat ja muid seadeid reaalajas. Meltio 3E metalli ladestumistehnoloogia kasutab nutikaid andureid, et jälgida sula basseini temperatuuri reaalajas (veaga ± 5 kraadi). Samuti kohandab see automaatselt titaanisulami (laservõimsus 400W) ja alumiiniumsulami (laserivõimsus 250W) sadestumisparameetreid. See meetod muudab lennundusmootori sulgud titaansulamist ja alumiiniumsulamist välja. Titaanisulami piirkonnas on karedus HRC 38 ja alumiiniumisulami pindala pikenemiskiirus on 18%, mis on 25% suurem kui üksikute materjalide printimise jõudlus.
2, tavaline kasutamine: kolimine laborist tehase praktikale
1. kosmos
Raketimootori põlemiskamber peab hakkama saama gaasi loputamisega 3000 kraadi ja vedela hapniku jahutamisega - 180 kraadi juures. Vasesulami voodri ühendamiseks nikliga - põhineva sulami kestaga traditsioonilises tootmises kasutatakse plahvatuslikku keevitamist. See protseduur võib võtta kuni kuus kuud. Saksa Safrani rühm kasutas SLM -protseduuri vase - terasest bimetallilise põlemiskambri valmistamiseks. Kasutades mitme metalliga 3D-printimistehnoloogiat, suutsid nad tootmisaega pooleks lõigata ja kambri 40% heledamaks muuta. Peamine uuendus on funktsionaalselt sorteeritud materjalide disaini kasutamine. Vasesulami (GRCOP-84) ja terase (316L) vahel on 0,5 mm paks Nicraly üleminekukiht. See kiht muudab sujuvalt soojuspaisumisteguri 16,5 × 10 ⁻⁶/ kraadilt 12,8 × 10 ⁻⁶/ kraadilt, mis vabaneb liidese pinge kontsentratsioonist.
2. energiaseadmed: konformaalsete jahutuskanalite tootmisrevolutsioon
Sissepressioonivormide tootmisel on töötlemispiiride tõttu enamasti lineaarsed jahutusveekanalid. See põhjustab vormi temperatuuriväljad ebaühtlased (kuni 30 kraadi dispersioonid), mis kahjustab toote vormimise kvaliteeti. Aerosinti bimetalliline SLM -tehnika prindib vasesulami (CUCR1ZR) jahutuskanalid hallituse sisemuses, mis muudab jahutamise kolm korda tõhusamaks. See meetod lühendab autorauavormide jahutamist 45 sekundilt 18 sekundist, lõikab energiatarbimist ühe - tüki tootmiseks 60%võrra ja paneb vormid kestma enam kui 2 miljonit korda.
3. biomeditsiin: kohandatud implantaatide jõudluse kohandamine
Titaanisulamist valmistatud kunstlikud vuugid vajavad luuga integreerimiseks pikka aega (6–12 kuud). Loode -Polütehnilise ülikooli meeskond on loonud titaan Tantalum bimetallilise 3D -printimise tehnoloogia, mis on kolmekordistanud sideme tugevuse implantaatide ja luukoe vahel. Seda tehti Tantalumi (TA) poorsete struktuuride (poorsuse 65%, pooride suurus 500 μm) deponeerimisega titaansulami pinnale (TI6AL4V). Kliinilised tõendid näitavad, et seda tehnikat kasutav puusaliigese implantaat saavutab luude integreerimise määra 92% kolm kuud pärast - operatsiooni, vähendades seega rehabilitatsiooni kestust 50% võrra võrreldes tavaliste titaansulami implantaatidega.
3, probleemid tehnoloogia ja tuleviku suundumustega
Ehkki multi - metalli 3D -printimine on laborist reaalsesse maailma kolinud, on veel kolm suurt probleemi, mida tuleb lahendada, enne kui seda saab kasutada laias plaanis:
Materiaalsete liideste usaldusväärsus
Kuumutamisel metallide laienemise erinevus võib liidesel tekkida pragude moodustumise. Lisades Nano - suurusega NBC osakesi (50–100 nm) terasest - vaseliidesesse, suutis MIT -i uurimisrühm parandada pinnavahelise sideme tugevust 280 MPa -lt 410 MPa -ni ja lõigata pragude paljunemise määr 80%-ga.
Seadmete hind ja tõhusus
Multi - metallist SLM -seadmed maksavad 3–5 korda rohkem kui üksik - materiaalseid seadmeid ja pulbri leviku kiirus on ainult 60% ühest - materiaalsest seadmest. Siemensi paralleelpulbri levitamistehnoloogia, mis kasutab kahte koos töötavat elektrostaatilist adsorptsioonipead, on pulbri levitamisprotsessi kiirendanud 1200 mm/s ja vähendanud ühe tüki printimise kulusid 45%.
Standardite süsteem puudub
Sel ajal puudub globaalne kvaliteedistandard mitme - metalli 3D -printimise jaoks. Standard ISO/ASTM 52912 kavand näitab näitajaid selliseid "materjali siirdetsooni laius, mis on väiksem kui 0,5 mm või võrdne 0,5 mm" ja "liidese sideme tugevus, mis on suurem kui 80% maatriksi materjalist". See on kavandatud ametlikult vabastama 2026. aastal.
Järgmise viie aasta jooksul liigub Multi - metalli 3D -printimine "nelja moderniseerimise" suunas:
Mitmesuguste materjalidega süsteem: kergete ja tugevate metallide kombinatsioonide valmistamine, sealhulgas titaanimagneesium ja alumiiniumist skandium
Nutikas protsesside kontroll: digitaalse kaksikute tehnoloogia kasutamine printimisprotsessi parandamiseks reaalajas
Seadmete moodulite integreerimine: komposiitosade valmistamine, mis ühendavad aditiivse tootmise, kuumtöötluse ja töötlemise
Laiendades seda kohta, kus seda saab kasutada: selle toimimine laias mahus sellistes piirkondades nagu tuumaenergia ja sügav - mereseadmed