1. Metalli tugevuse olukord 3D-printimises
Metallipulber sulatatakse kiht-kihi haaval ja kõvastatakse, et luua 3D-printimisel vajalik kuju. Sellegipoolest põhjustavad keerulised temperatuurigradient, kiire jahutamine ja kihtide kaupa virnastamisomadused trükkimise ajal metallide sisemise mikrostruktuuri erinemist tavapäraste valamise või sepistamise tehnikatega saavutatust. Tera kuju, faasijaotus ja mikroskoopilised vead, mis mõjutavad 3D-prinditud metalli jõudlust ja tugevust, peegeldavad neid erinevusi kõige enam.
Metallmaterjalide tugevus ja elastsus on pikka aega maha vahetatud; kõrge tugevus tuleneb tavaliselt madalast plastilisusest ja vastupidi. Kuid 3D-printimise valdkonnas on see kompromiss muutunud üha keerulisemaks. Kui 3D-printimine pakub lugematuid võimalusi disaini optimeerimiseks, valmistades keeruka geomeetrilise kuju ja mikrostruktuuriga metallosi, siis selle tugevust ja jõudlust on mõnikord raske saavutada tavapäraste protsesside tasemele erinevate mikrodefektide ja trükiprotsessi käigus tekkinud tera ebaühtluse tõttu.
2. 3D-prinditud metalli tugevuse tõstmise tehnikad
Teadlased on 3D-prinditud metallide tugevuse suurendamiseks järginud mitmeid lähenemisviise.
sulami disaini optimeerimine: mikrostruktuuri ja metalli omadusi saab sulami koostist muutes palju muuta. Näiteks titaanisulamite puhul võib molübdeeni (Mo) kasutamine aidata suurendada faasi stabiilsust ning tugevuse ja elastsuse ühtlust. Taani tehnikaülikoolist, Chongqingi ülikoolist ja Queenslandi ülikoolist koosnev kombineeritud meeskond on kahefunktsioonilise sulami disaini abil saavutanud ülihomogeense, suure tugevuse ja plastilisusega 3D-prinditud titaanisulami. Selle elastsus on 26%; selle voolavuspiir on 926 MPa.
Kontrollimeetod: protsess Metallide mikrostruktuuri ja omadusi mõjutavad suuresti trükkimise käigus kindlaksmääratud parameetrid, sealhulgas laseri võimsus, skaneerimiskiirus, kihi paksus jne. Mikrovigu saab minimeerida ning metalli tugevust ja omadusi parandada, kui neid tegureid optimeerida.
Terade mikrostruktuuri muutmine ja peentera piiride tugevdamine Metallide tugevust ja kõvadust saab tõsta tera kuju ja vormi parandamisega. Suure intensiivsusega ultrahelilainete kasutamine, töötlemisseadete reguleerimine või heterostruktuuride lisamine võib näiteks aidata kaasa võrdsustatud kristallide arenemisele, vähendades seeläbi sammaste terade teket ning tugevdades ja tugevdades 3D-prinditud metallide elastsust.
pärast töötlemist: pärast printimist võib kuumtöötlemine aidata metallide mikrostruktuuril ja omadustel palju paremaks muuta. Siiski tuleb mainida, et kuumtöötluse parameetrite hoolikas valik on hädavajalik, kuna kuumtöötlemine võib tuua kaasa uusi mikrovigu või muuta algset mikrostruktuuri.
3. mitte Kolmemõõtmelise metalli tugevuse juhtumiuuring
Titaanisulamite kõrge tugevus ja elastsus: molübdeenielementide lisamine on andnud äärmiselt homogeensed, ülitugevad ja plastilised 3D-prinditud titaanisulamid, nagu varem mainis Austraalia ülikoolide, sealhulgas Queenslandi ülikooli ühendatud meeskond. Lisaks suurepärastele mehaanilistele omadustele on sellel titaanisulamil hea töökindlus, mis avab uksed kasutamiseks kõrgetasemelistes sektorites, sealhulgas kosmosetööstuses.
Hiina Teaduste Akadeemia metallide instituudi ja USA Berkeley ülikooli California ülikooli koostöömeeskond on välja töötanud peaaegu poorideta Net-AM Ti-6Al-4V sulami, leiutades uus NAMP protsess defektide ja kudede järkjärguliseks reguleerimiseks, millel on kõrge väsimuskindlus. Kõigi salvestatud materjali väsimusandmete hulgas on selle sulami tõmbetõmbeväsimustugevus 978 MPa, mis on suurim eriväsimustugevus. See edu näitab 3D-printimise tehnoloogia erilisi eeliseid väsimuskindlas tootmises ja muudab inimeste loomulikke teadmisi 3D-printimismaterjalide vähese jõudluse kohta.
Purdue ülikooli uurimisrühm on loonud eriti tugeva alumiiniumisulami, mis sobib 3D-printimiseks. Integreerides alumiiniumi siirdemetalle nagu koobalt, raud, nikkel ja titaan nanomõõtmeliste, mitmekihiliste, kihiliste deformeeritavate intermetalliliste ühendite saamiseks, lõid nad uut tüüpi alumiiniumsulami, mis ühendab endas suure tugevuse ja hea plastilise deformatsioonivõime. Selle alumiiniumisulami tugevus ületab 900 MPa, luues seega suurepärased võimalused kõrgtugevate alumiiniumisulamite kasutamiseks mitmes sektoris.
https://www.china-3dprinting.com/metal-3d-printing/3d-printing-inconel-625-turbine-blades.html