1. A fémszilárdság jelenlegi helyzete a 3D nyomtatásban
A fémport rétegről rétegre megolvasztják, és megkeményítik, hogy a 3D nyomtatás során a kívánt formát létrehozzák. Mindazonáltal a bonyolult hőmérsékleti gradiens, a gyors hűtés és a rétegenkénti halmozási tulajdonságok a nyomtatási folyamat során azt okozzák, hogy a fémek belső mikroszerkezete eltér a hagyományos öntési vagy kovácsolási technikákkal elérttől. A szemcseforma, a fáziseloszlás és a mikroszkopikus hibák – amelyek befolyásolják a 3D nyomtatott fém teljesítményét és szilárdságát – leginkább ezeket a különbségeket tükrözik.
A fémanyagok szilárdságát és hajlékonyságát régóta lecserélték; a nagy szilárdság általában az alacsony hajlékonyságból adódik, és fordítva. De a 3D nyomtatás területén ez a kompromisszum egyre bonyolultabbá vált. Míg a 3D nyomtatás számtalan lehetőséget kínál a tervezés optimalizálására bonyolult geometriai formájú és mikroszerkezetű fém alkatrészek előállításával, erőssége és teljesítménye a nyomtatási folyamat során fellépő különböző mikrohibák és szemcseinhomogenitás miatt esetenként nehezen éri el a hagyományos eljárások szintjét.
2. A 3D nyomtatott fém szilárdságának növelésére szolgáló technikák
A kutatók számos megközelítést követtek a 3D nyomtatott fémek szilárdságának növelésére.
az ötvözet kialakításának optimalizálása: Az ötvözet összetételének változtatásával a fém mikroszerkezete és jellemzői sokat változtathatók. A titánötvözetek esetében például a molibdén (Mo) használata segíthet növelni a fázisstabilitást, valamint a szilárdság és a hajlékonyság egyenletességét. A kettős funkciójú ötvözetkialakítás használatával szuperhomogenitású, nagy szilárdságú és rugalmasságú 3D-nyomtatott titánötvözetet állított elő a Dán Műszaki Egyetem, a Chongqing Egyetem és a Queenslandi Egyetem összevont csapata. Rugalmassága 26%; folyáshatára 926 MPa.
Ellenőrzési módszer: folyamat A fémek mikroszerkezetét és minőségét nagymértékben befolyásolják a nyomtatási folyamat során meghatározott paraméterek, beleértve a lézerteljesítményt, a szkennelési sebességet, a rétegvastagságot stb. Ezen tényezők optimalizálásával minimalizálhatók a mikrohibák, és javítható a fém szilárdsága és minősége.
A szemcsék mikroszerkezetének módosítása és a finomszemcsehatár erősítése A fémek szilárdsága és keménysége a szemcsealak és -forma javításával növelhető. A nagy intenzitású ultrahanghullámok használata, a feldolgozási beállítások módosítása vagy a heterostruktúrák hozzáadása például elősegítheti az egyenlő tengelyű kristályok kialakulását, így csökkentve az oszlopos szemcsék kialakulását, és ezáltal a 3D nyomtatott fémek erősítését és hajlékonyságát.
feldolgozás után: Nyomtatás után a hőkezelés javíthatja a fémek mikroszerkezetét és minőségét. Mindazonáltal meg kell említeni, hogy a hőkezelési paraméterek körültekintő megválasztása elengedhetetlen, mivel a hőkezelés új mikrohibákat hozhat, vagy megváltoztathatja az eredeti mikroszerkezetet.
3.nem pedig Háromdimenziós fémszilárdság esettanulmány
A titánötvözetek nagy szilárdsága és hajlékonysága: A molibdén elemek hozzáadásával rendkívül homogén, nagy szilárdságú és képlékeny, 3D nyomtatott titánötvözetek keletkeztek, amint azt korábban említette az ausztrál egyetemek, köztük a Queenslandi Egyetem egyesített csapata. Kiváló mechanikai tulajdonságain kívül ez a titánötvözet jó keményedő képességgel rendelkezik, ami lehetőséget ad az előkelő ágazatokban való felhasználásra, beleértve az űrkutatást is.
A Kínai Tudományos Akadémia Fémintézete és a Kaliforniai Egyetem (Berkeley, USA) együttműködési csapata szinte pórusmentes közeli Net-AM Ti-6Al-4V ötvözetet fejlesztett ki azáltal, hogy feltalálta. egy új NAMP eljárás a defektusok és szövetek lépésről lépésre történő szabályozására, nagy fáradtságállósággal. Az összes rögzített anyagfáradási adat közül ennek az ötvözetnek a szakítószilárdsága eléri a 978 MPa-t, ami a legnagyobb fajlagos kifáradási szilárdság. Ez a siker a 3D nyomtatási technológia különleges előnyeit mutatja a fáradtságálló gyártásban, és megváltoztatja az emberek természetes tudását a 3D nyomtatási anyagok alacsony teljesítményéről.
A Purdue Egyetem kutatócsoportja rendkívül nagy szilárdságú alumíniumötvözetet készített, amely alkalmas 3D nyomtatáshoz. Átmeneti fémek, például kobalt, vas, nikkel és titán alumíniumba integrálásával nanoméretű, többrétegű, rétegesen deformálható intermetallikus vegyületek előállítására új típusú alumíniumötvözetet hoztak létre, amely egyesíti a nagy szilárdságot és a jó képlékeny deformációs képességet. Ennek az alumíniumötvözetnek a szilárdsága meghaladja a 900 MPa-t, így nagyszerű lehetőségeket teremt a nagy szilárdságú alumíniumötvözetek felhasználására számos ágazatban.
https://www.china-3dprinting.com/metal-3d-printing/3d-printing-inconel-625-turbine-blades.html