1. Η παρούσα κατάσταση σχετικά με την αντοχή του μετάλλου στην τρισδιάστατη εκτύπωση
Η μεταλλική σκόνη λιώνεται στρώμα-στρώμα και σκληραίνει για να δημιουργήσει το επιθυμητό σχήμα κατά την τρισδιάστατη εκτύπωση. Ωστόσο, η περίπλοκη κλίση θερμοκρασίας, η γρήγορη ψύξη και οι ιδιότητες στοίβαξης στρώμα προς στρώμα κατά τη διάρκεια της διαδικασίας εκτύπωσης κάνουν την εσωτερική μικροδομή των μετάλλων να διαφέρει από αυτές που επιτυγχάνονται με τις συμβατικές τεχνικές χύτευσης ή σφυρηλάτησης. Το σχήμα των κόκκων, η κατανομή φάσης και τα μικροσκοπικά ελαττώματα - τα οποία επηρεάζουν την απόδοση του τρισδιάστατου εκτυπωμένου μετάλλου και την αντοχή - αντανακλούν ιδιαίτερα αυτές τις παραλλαγές.
Η αντοχή και η ολκιμότητα των μεταλλικών υλικών έχουν αντικατασταθεί εδώ και καιρό. Η υψηλή αντοχή συνήθως προκύπτει από τη χαμηλή ολκιμότητα και αντίστροφα. Αλλά στον τομέα της τρισδιάστατης εκτύπωσης, αυτή η ανταλλαγή γίνεται όλο και πιο περίπλοκη. Ενώ η τρισδιάστατη εκτύπωση προσφέρει αμέτρητες ευκαιρίες για βελτιστοποίηση του σχεδιασμού παράγοντας μεταλλικά μέρη με περίπλοκα γεωμετρικά σχήματα και μικροδομές, η αντοχή και η απόδοσή της είναι μερικές φορές δύσκολο να φτάσουν στο επίπεδο των συμβατικών διεργασιών λόγω διαφορετικών μικροελαττωμάτων και ανομοιογένειας κόκκων που εισάγονται κατά τη διαδικασία εκτύπωσης.
2. Τεχνικές για την αύξηση της αντοχής του 3D εκτυπωμένου μετάλλου
Οι ερευνητές έχουν ακολουθήσει διάφορες προσεγγίσεις για να αυξήσουν την αντοχή των 3D εκτυπωμένων μετάλλων.
βελτιστοποίηση του σχεδιασμού του κράματος: Η μικροδομή και τα χαρακτηριστικά του μετάλλου μπορούν να αλλάξουν πολύ μεταβάλλοντας τη σύνθεση του κράματος. Για τα κράματα τιτανίου, για παράδειγμα, η χρήση μολυβδαινίου (Mo), μπορεί να βοηθήσει στην αύξηση της σταθερότητας φάσης και της ομοιομορφίας της αντοχής και της ολκιμότητας. Με τη χρήση σχεδίου κράματος διπλής λειτουργίας, ένα τρισδιάστατο εκτυπωμένο κράμα τιτανίου με εξαιρετική ομοιογένεια, υψηλή αντοχή και ολκιμότητα αποκτήθηκε από μια συνδυασμένη ομάδα που αποτελείται από το Τεχνικό Πανεπιστήμιο της Δανίας, το Πανεπιστήμιο Chongqing και το Πανεπιστήμιο του Κουίνσλαντ. Η ολκιμότητα του είναι 26%. Η ισχύς διαρροής του είναι 926 MPa.
Μέθοδος ελέγχου: διεργασία Η μικροδομή και οι ποιότητες των μετάλλων επηρεάζονται σε μεγάλο βαθμό από παραμέτρους που καθορίστηκαν κατά τη διαδικασία εκτύπωσης, όπως η ισχύς λέιζερ, η ταχύτητα σάρωσης, το πάχος του στρώματος κ.λπ.
Τροποποίηση της μικροδομής των κόκκων και ενίσχυση των ορίων των λεπτών κόκκων Η αντοχή και η σκληρότητα των μετάλλων μπορούν να αυξηθούν με τη βελτίωση του σχήματος και της μορφής των κόκκων. Η χρήση υπερηχητικών κυμάτων υψηλής έντασης, η προσαρμογή των ρυθμίσεων επεξεργασίας ή η προσθήκη ετεροδομών, για παράδειγμα, μπορεί να βοηθήσει στην ανάπτυξη ισοαξονικών κρυστάλλων, μειώνοντας έτσι την ανάπτυξη των στηλών κόκκων και συνεπώς την ενίσχυση και την ολκιμότητα των 3D εκτυπωμένων μετάλλων.
μετά την επεξεργασία: Μετά την εκτύπωση, η θερμική επεξεργασία μπορεί να βοηθήσει τη μικροδομή και τις ποιότητες των μετάλλων να είναι πολύ καλύτερες. Ωστόσο, πρέπει να αναφερθεί ότι η προσεκτική επιλογή των παραμέτρων θερμικής επεξεργασίας είναι απαραίτητη, καθώς η θερμική επεξεργασία μπορεί να φέρει νέα μικροελαττώματα ή να αλλάξει την αρχική μικροδομή.
3.αντί μελέτη περίπτωσης τρισδιάστατης αντοχής μετάλλου
Υψηλή αντοχή και ολκιμότητα κραμάτων τιτανίου: Η προσθήκη στοιχείων μολυβδαινίου έχει παραγάγει εξαιρετικά ομοιογενή, υψηλής αντοχής και όλκιμα 3D εκτυπωμένα κράματα τιτανίου, όπως αναφέρθηκε προηγουμένως από μια συνδυασμένη ομάδα από αυστραλιανά πανεπιστήμια, συμπεριλαμβανομένου του Πανεπιστημίου του Κουίνσλαντ. Εκτός από τις εξαιρετικές μηχανικές ιδιότητές του, αυτό το κράμα τιτανίου έχει καλή ικανότητα σκλήρυνσης, γεγονός που ανοίγει πόρτες για χρήσεις σε πολυτελείς τομείς, συμπεριλαμβανομένης της αεροδιαστημικής.
Η ομάδα συνεργασίας του Ινστιτούτου Μετάλλων της Κινεζικής Ακαδημίας Επιστημών και του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνια, στο Μπέρκλεϊ, στις ΗΠΑ, ανέπτυξε ένα κράμα σχεδόν χωρίς πόρους κοντά στο Net-AM Ti{-6Al{-4V κράμα με την εφεύρεση μια νέα διαδικασία NAMP βήμα προς βήμα ρύθμισης ελαττώματος και ιστού, με υψηλή αντοχή στην κόπωση. Μεταξύ όλων των καταγεγραμμένων δεδομένων κόπωσης υλικού, η αντοχή σε εφελκυσμό αυτού του κράματος είναι τόσο υψηλή όσο 978 MPa, η μεγαλύτερη ειδική αντοχή σε κόπωση. Αυτή η επιτυχία δείχνει τα ειδικά οφέλη της τεχνολογίας τρισδιάστατης εκτύπωσης στην κατασκευή ανθεκτική στην κόπωση και αλλάζει τη φυσική γνώση των ανθρώπων σχετικά με τη χαμηλή απόδοση των υλικών 3D εκτύπωσης.
Μια ερευνητική ομάδα του Πανεπιστημίου Purdue δημιούργησε ένα κράμα αλουμινίου εξαιρετικά υψηλής αντοχής για τρισδιάστατη εκτύπωση. Με την ενσωμάτωση μετάλλων μετάπτωσης όπως το κοβάλτιο, ο σίδηρος, το νικέλιο και το τιτάνιο στο αλουμίνιο για τη δημιουργία παραμορφώσιμων διαμεταλλικών ενώσεων νανοκλίμακας, πολλαπλών στρωμάτων, δημιούργησαν έναν νέο τύπο κράματος αλουμινίου που συνδυάζει μεγάλη αντοχή και καλή ικανότητα πλαστικής παραμόρφωσης. Η αντοχή αυτού του κράματος αλουμινίου ξεπερνά τα 900 MPa, δημιουργώντας έτσι μεγάλες ευκαιρίες για τη χρήση κραμάτων αλουμινίου υψηλής αντοχής σε πολλούς τομείς.
https://www.china-3dprinting.com/metal-3d-printing/3d-printing-inconel-625-turbine-blades.html