Inženjeri 3-D tiskaju velike čvrstoće aluminija, rješavaju starost starog problema zavarivanja pomoću nanočestica

Ultimaker S5 Features Explained - the most powerful, reliable, and versatile 3D printer (Lipanj 2019).

Anonim

HRL Laboratories su napravili proboj u metalurgiji s najavom da su istraživači u poznatom pogonu razvili tehniku ​​za uspješno 3D tiskanje aluminijskih legura visoke čvrstoće, uključujući Al7075 i Al6061, što otvara vrata aditivnoj proizvodnji inženjerskih legura. Te su legure vrlo poželjne za zrakoplove i dijelove automobila te su među tisućama koje nisu bile pogodne za proizvodnju aditiva - 3D tisak - poteškoće koje su riješili istraživači HRL-a. Dodatna prednost je ta da se njihova metoda može primijeniti na dodatne legirane obitelji kao što su čelici visoke čvrstoće i superlegure na bazi nikla koji se trenutno teško obrađuju u proizvodnji aditiva.

"Koristimo 70-godišnju teoriju nukleacije kako bismo riješili 100-godišnji problem s računalom 21. stoljeća", rekao je Hunter Martin, koji je vodio tim s Brennanom Yahatom. Obojica su inženjeri Laboratorija za senzore i materijale HRL-a i doktorske studente na Kalifornijskom sveučilištu, Santa Barbara, gdje je studirao s profesorom Tresom Pollockom, koautorom na studiju. Njihov rad 3D tisak aluminijskih legura visoke čvrstoće objavljen je u izdanju Naturea 21. rujna 2017. godine.

Proizvodnja aditiva metala obično započinje prahom od legure koja se primjenjuje u tankim slojevima i zagrijava s laserom ili drugim izravnim izvorom topline da se rastopi i učvršćuje slojevi. Uobičajeno, ako se koriste visokotlačne aluminijske legure, kao što su Al7075 ili AL6061, rezultirajući dijelovi pate od ozbiljnog vrućeg pucanja - stanje koje omogućuje da se metalni dio može odvojiti poput prljavog keksa.

HRL tehnikom nanočestičnih funkcionalnih rješenja rješava taj problem ukrašavanjem praškastih legura s visokom čvrstoćom od nerazrijeđenih naročito odabranih nanočestica. Prašak koji je funkcionalan nanočesticama unosi se u 3D pisač koji složi prašak i laserski osigurači svaki sloj da bi izgradio trodimenzionalni objekt. Tijekom taljenja i skrućivanja, nanočestice djeluju kao mjesta nukleacije za željenu mikrostrukturu legure, sprječavaju vruće pucanje i omogućuju zadržavanje pune čvrstoće legure u proizvedenom dijelu.

Budući da je taljenje i skrućivanje u proizvodnji aditiva analogno zavarivanju, funkcionalizacija nanočestica HRL-a također se može koristiti za izradu zavarljivih legura koje se ne mogu nanositi. Ova tehnika je također skalabilna i koristi niske troškove materijala. Uobičajeni prašci od legure i nanočestice proizvode sirovinu pisača s nanočesticama koje se ravnomjerno raspoređuju na površini zrna praha.

"Naš je prvi cilj bio utvrditi kako potpuno ukloniti toplotno krekiranje. Tražili smo kontrolu mikrostrukture i rješenje bi trebalo biti nešto što se prirodno događa s načinom na koji ovaj materijal skriva", rekao je Martin.

Da bi pronašli odgovarajuće nanočestice, u ovom slučaju nanočestice na osnovi cirkonija, HRL tim je uvrstio Citrine Informatics kako bi im pomogao sortirati kroz bezbroj mogućih čestica da pronađu onu sa svojstvima koja im je potrebna.

"Korištenje informatike ključno je", rekao je Yahata. "Način na koji se metalurgija koristi bila je uzgajanje periodičkog stola za legure i ispitivanje uglavnom pokušajem i pogreškom. Točka korištenja informatičkog softvera bila je selektivni pristup teoriji nukleacije koju smo znali pronaći materijale s točnim Nakon što smo im rekli što tražiti, njihova je velika analiza podataka suzila polje raspoloživih materijala od stotina tisuća do nekoliko odabranih. Otišli smo od sijena do pregršt mogućih igala. "

Uz ovu uzbudljivu novu tehniku, HRL stoji na čelu novog poglavlja u aditivnoj proizvodnji metala za istraživanje, industriju i obranu.

menu
menu