Vai var izmantot vairākus metāla materiālus, lai drukātu to pašu rūpniecisko komponentu?

一, tehniskais princips: Materiālu izvēles un interfeisa kontroles pamatideja
Multi - metāla 3D drukas galvenais mērķis ir iegūt divus vai vairākus metālus, lai apvienotu metāllāvu. Ir divi galvenie veidi, kā to izdarīt: pulvera gultas kausēšana (SLM/L - PBF) un virzīta enerģijas nogulsnēšanās (DED). Piemēram, SLM tehnoloģijai ir jāpārsniedz trīs lieli tehnoloģiskie šķēršļi, lai drukātu ar vairākiem metāliem:
Materiālu savietojamības kontrole
Izvēlieties metāla kombināciju, kuras kušanas temperatūras starpība ir mazāka par 200 grādiem, un termiskās izplešanās koeficienta starpība ir mazāka par 10%. NASA izmanto GRCOP - 42 vara sakausējuma (kausēšanas punkta 1083 grāda) un HR - 1 niķeļa bāzes augsta temperatūras sakausējuma (kušanas temperatūras 1390 grāda), lai izveidotu metalurģisku saiti starp diviem materiāliem 0,3 mm pārejas slānī. Viņi to dara, kontrolējot lāzera enerģijas blīvumu (120-150 J/mm ³) un skenēšanas ātrumu (800–1200 mm/s). Stiepes izturība saskarnē ir 420 MPa, kas ir par 60% lielāka nekā tipiskām cietlodēšanas metodēm.
Pulvera izkliedēšanas metodes atjaunošana
Vecais pulvera izplatīšanas veids tikai ar vienu materiālu nedarbojas vairākiem - metāla pārmaiņus. Fraunhofer IGCV laboratorija izveidoja elektrostatisko adsorbcijas pulvera izkliedes ierīci, kas var selektīvi adsorbēt dažādus metāla pulverus, piegādājot –5000 V elektrostatisko lauku būvlaukumā. Sistēma izkliedē CW106C vara sakausējuma pulveri (iekšējo slāni) un 1,2709 tērauda pulveri (ārējais slānis), ļoti precīzi vienlaikus gatavojot vara tērauda jakas vilces kameru. Pulvera reģenerācijas ātrums ir 98%, kas ir trīs reizes labāks nekā standarta mehāniskā skrāpja pulvera izplatīšanās.
Procesa parametru dinamiska pārvaldība
Dažādām materiālu zonām vairākiem - metāla drukāšanai jāmaina lāzera jauda, ​​skenēšanas tehnika un citi iestatījumi reālā laikā. Meltio 3E metāla nogulsnēšanās tehnoloģija izmanto viedos sensorus, lai reālā laikā sekotu izkausētā baseina temperatūrai (ar kļūdu ± 5 grādu). Tas arī automātiski pielāgo titāna sakausējuma (400W lāzera jaudas) un alumīnija sakausējuma (lāzera jauda 250W) nogulsnēšanās parametrus. Šī metode padara aviācijas motora kronšteinus no titāna sakausējuma un alumīnija sakausējuma. Titāna sakausējuma apgabalā ir HRC 38 cietība, un alumīnija sakausējuma laukuma pagarinājuma līmenis ir 18%, kas ir par 25% augstāks nekā atsevišķu materiālu iespieddarbi.
2, izplatīta lietošana: pāreja no laboratorijas uz rūpnīcas praksi
1. Aerospace: Madešanas kameras padarīšana vieglāka un labāka, pārvaldot karstumu
Raķešu motora sadegšanas kamerai ir jārīkojas ar gāzes skalošanu 3000 grādu un šķidrā skābekļa dzesēšana pie - 180 grādiem. Lai sasaistītu vara sakausējuma oderi ar niķeļa - balstītu sakausējuma apvalku tradicionālajā ražošanā, tiek izmantota sprādzienbīstama metināšana. Šī procedūra var ilgt līdz sešiem mēnešiem. Vācu Safran grupa izmantoja SLM procedūru, lai izveidotu vara - tērauda bimetāla sadegšanas kameru. Izmantojot vairāku metālu 3D drukas tehnoloģiju, viņi spēja samazināt ražošanas laiku uz pusēm un padarīt kameru par 40% vieglāku. Galvenais jauninājums ir funkcionāli šķirota materiālu dizaina izmantošana. Starp vara sakausējumu (GRCOP-84) un tēraudu (316L) ir 0,5 mm biezs NICRALY pārejas slānis. Šis slānis vienmērīgi maina termiskās izplešanās koeficientu no 16,5 × 10 ⁻⁶/ pakāpes līdz 12,8 × 10 ⁻⁶/ grādam, kas atbrīvojas no saskarnes sprieguma koncentrācijas.
2. enerģijas aprīkojums: konformālo dzesēšanas kanālu ražošanas revolūcija
Injekcijas veidņu ražošanā tradicionālie dzesēšanas ūdens kanāli lielākoties ir lineāri apstrādes robežu dēļ. Tas izraisa temperatūras laukus veidnē nevienmērīgi (ar variācijām līdz 30 grādiem), kas pasliktina produkta formēšanas kvalitāti. Aerosinta bimetāla SLM tehnika izdrukā vara sakausējuma (CUCR1ZR) dzesēšanas kanālus veidņu ieliktņos, kas padara dzesēšanu trīs reizes efektīvāku. Šī metode saīsina laiku, kas nepieciešams, lai atdzesētu automobiļu bufera veidnes no 45 sekundēm līdz 18 sekundēm, samazina enerģijas patēriņu vienam - gabala ražošanai par 60%un padara veidnes vairāk nekā 2 miljonus reižu.
3. Biomedicīnas: pielāgotu implantu veiktspējas pielāgošana
Mākslīgajām locītavām, kas izgatavotas no titāna sakausējuma, ir nepieciešams ilgs laiks, lai integrētos ar kaulu (no 6 līdz 12 mēnešiem). Komanda no Ziemeļrietumu Politehniskās universitātes ir izveidojusi titāna tantalum bimetāla 3D drukas tehnoloģiju, kas trīskāršojusi saikni starp implantiem un kaulu audiem. Tas tika izdarīts, novietojot titāna sakausējuma virsmas (TI6Al4V) virsmu (Ti6al4V) novietojot tantalum (TA) porainas struktūras (porainība 65%, poru izmērs 500 μm). Klīniskie pierādījumi norāda, ka gūžas locītavas implants, izmantojot šo paņēmienu, sasniedz kaulu integrācijas ātrumu 92% trīs mēnešus pēc - operācijas, tādējādi samazinot rehabilitācijas ilgumu par 50%, salīdzinot ar parastajiem titāna sakausējuma implantiem.
3, problēmas ar tehnoloģiju un nākotnes tendencēm
Kaut arī Multi - metāla 3D drukāšana ir pārcēlusies no laboratorijas uz reālo pasauli, joprojām ir trīs lielas problēmas, kuras jāatrisina, pirms to var izmantot plašā mērogā:
Materiālu saskarņu uzticamība
Atšķirība, kā metāli izplešas, kad karsē, var viegli izraisīt plaisu veidošanos interfeisā. Pievienojot nano - izmēra NBC daļiņas (50–100 nm) pie tērauda - vara interfeisa, MIT pētījumu komanda spēja uzlabot saskarnes savienojuma stiprumu no 280 MPa līdz 410 MPa un samazināt plaisas izplatības ātrumu par 80%.
Aprīkojuma izmaksas un efektivitāte
Multi - metāla SLM aprīkojums maksā 3–5 reizes vairāk nekā viens - materiāla aprīkojums, un pulvera izkliedes ātrums ir tikai 60% no viena - materiāla aprīkojuma. Siemens paralēlā pulvera izkliedes tehnoloģija, kurā tiek izmantotas divas elektrostatiskās adsorbcijas galviņas, kas strādā kopā, ir palielinājusi pulvera izkliedes procesu līdz 1200 mm/s un samazinājusi viena gabala drukāšanas izmaksas par 45%.
Nav standartu sistēmas
Šajā laikā nav globāla kvalitātes standarta vairākiem - metāla 3D drukāšanai. Iegremdēšanas ISO/ASTM 52912 standarts norāda uz rādītājiem šādus "materiāla pārejas zonas platumu, kas ir mazāks vai vienāds ar 0,5 mm" un "saskarnes savienojuma stiprību, kas lielāks vai vienāds ar 80% no matricas materiāla". Plānots, ka to oficiāli atbrīvos 2026. gadā.
Nākamajos piecos gados Multi - Metāla 3D drukāšana virzīsies "četru modernizāciju" virzienā:
Sistēma ar dažādiem materiāliem: jaunu un spēcīgu metālu kombināciju veidošana, ieskaitot titāna magniju un alumīnija skandiju
Viedā procesa kontrole: digitālo dvīņu tehnoloģijas izmantošana drukāšanas procesa uzlabošanai reālā laikā
Iekārtu moduļu integrēšana: saliktu detaļu izgatavošana, kas apvieno piedevu ražošanu, termisko apstrādi un apstrādi
Paplašinot to vietu skaitu, kur to var izmantot: panākt, lai tas darbotos plašā mērogā tādās vietās kā kodolenerģija un dziļa - jūras aprīkojums