Funkcjonalnie ocenione materiały są kluczem do szybkiego, efektywnego wielomateriałowego drukowania 3D

Eckes, który przedstawił nam wyjątkowe podejście firmy Aerosint do wielomateriałowego druku 3D w łóżku z materiałów sypkich zeszłej jesieni, dzielił się głębszymi perspektywami w dzieleniu się myślami na Medium. Ostatnio podzielił się z nami swoim najnowszym dziełem skupiającym się na FGM.

"W przeciwieństwie do tradycyjnych kompozytów, w których materiał wzmacniający jest rozprowadzany w masowym materiale matrycy, FGM są kompozytami, w których dwa materiały są połączone za pomocą stopniowanego interfejsu aby uniknąć wyraźnej granicy między dwoma materiałami sypkimi, "wyjaśnia Eckes." Celem stworzenia tej gradacji jest rozprowadzenie na większej objętości naprężeń termicznych i mechanicznych, które w innym przypadku byłyby skoncentrowane na wyraźnej granicy materiału i powodowały pękanie lub pękanie części. .

FGM, ze względu na swoją odporność na awarię, są użyteczne w ekstremalnych środowiskach z dużymi obciążeniami termicznymi, chemicznymi lub mechanicznymi, które spowodowałyby awarię pojedynczego materiału. Przykładem części FGM jest płyta metal-ceramika, w której dwa materiały znoszą wzajemne słabości i wzajemnie wzmacniają swoje mocne strony. Ceramika sama w sobie jest twarda i odporna chemicznie i termicznie, ale jest również krucha i ma niską udarność. Z drugiej strony, metal ma dużą wytrzymałość na uderzenia, ale łatwo ulega korozji pod wpływem silnych kwasów i zasad, a jego właściwości mechaniczne po podgrzaniu ulegają uszkodzeniu. Połącz oba materiały i stają się praktycznie niezniszczalne.

"FGM metal-to-ceramiczny jest w stanie wytrzymać płomienne temperatury i trudne warunki chemiczne na powierzchni ceramicznej, zachowując jednocześnie ogólną wytrzymałość i odporność na kruche pęknięcie dzięki metalowemu wzmocnieniu ", mówi Eckes.

Naukowcy z National Aerospace Laboratories of Science and Technology w Japonii zaczęli po raz pierwszy używać metalowo-ceramicznych FGM, aby stworzyć skuteczne, trwałe bariery termiczne dla pojazdów kosmicznych wielokrotnego użytku . Odkryli, że płyta składająca się z utwardzonych pod względem składu warstw niklowych superstopów i stabilizowanego tlenku cyrkonu na bazie niklowej superstopu, może wytrzymać gradienty ciepła w temperaturze ponad 1000 ° C bez pękania. W takich samych warunkach, superstop 100% niklu powleczony 100% tlenkiem cyrkonu i stopem chromu jako warstwa relaksująca pomiędzy pęknięciami ze zmęczenia cieplnego.

FGM z metal-metal są również użyteczne. Stalowo-miedziane FGM, na przykład, łączą niski koszt i wysoką wytrzymałość stali z wysoką przewodnością cieplną i elektrycznąmiedź. W ostatnim przykładzie naukowcy stworzyli narzędzie do formowania wtryskowego ze stalową powierzchnią formującą i masowym miedzianym korpusem, połączonym z zastrzeżonym materiałem warstwy bufora. Dzięki wysokiej przewodności elektrycznej miedzi czas chłodzenia formy został skrócony o 10 sekund, skracając całkowity czas cyklu formowania o 26%. Firma oszacowała, że ​​ta zwiększona produktywność może zaoszczędzić im około 60 000 USD na pleśń rocznie.

Istnieją także FGM polimer-polimer, w których sztywne i elastyczne polimery można łączyć w takie rzeczy jak sztywne ramiona z miękkimi stawami w na przykład robotyka lub odporne na zużycie polimery mogą być łączone z wytrzymałymi polimerami na niemetaliczne łożyska lub elementy ruchome.

"Większość metod stosowanych do tworzenia FGM opisanych w literaturze badawczej jest tylko zdolne do tworzenia gradientów 1D, które są użyteczne tylko w ograniczonej liczbie zastosowań, takich jak kafle termoizolacyjne "- kontynuuje Eckes. "Aby stworzyć części wielomateriałowe i maszyny FGM z pełną swobodą 3D, potrzebujemy przestrzennej kontroli poziomu woksela nad rozmieszczeniem materiałów. Wiele obecnych technik AM dostępnych na rynku jest w stanie osiągnąć taki stopień kontroli składu, ale są one głównie nastawione na prototypowanie lub jednorazowe wytwarzanie części. "

Aerosint specjalizuje się w odkładaniu wielu proszków, w którym woxery w proszku są selektywnie przenoszone z obracającego się bębna na powierzchnię konstrukcyjną. Teoretycznie można wzorować jak najwięcej materiałów, takich jak liczba bębnów, jednak jak dotąd Aerosint wykazał odkładanie się dwóch proszków. Materiał może być metalem, polimerem lub ceramiką, o ile płynność proszku i rozkład wielkości cząstek są zgodne z procesem.

"Najbardziej podstawowym wyzwaniem w naszym procesie jest konsolidacja lub spiekanie dwumateriałów, "Mówi Eckes. "Istnieją wyraźne fizyczne ograniczenia we współspalaniu dwóch materiałów o znacznie różniących się temperaturach topnienia lub spiekania. Mimo to wielu badaczy wykazało udane spiekanie metalu z metalem i metalu z ceramiką dzięki ostrożnemu doborowi materiałów o odpowiednich właściwościach. Kombinacje nie są nieograniczone, ale uważamy, że są wystarczająco bogate, aby stworzyć szereg użytecznych FGM. "

Połączenie wieloskładnikowego osadzania i współspalania z dwóch materiałów jest jednym z najbardziej skutecznych sposoby na wydajne pod względem materiałowym, szybkie i produktywne wielomateriałowe drukowanie 3D, zgodnie z Eckes. Aerosint jest w trakcie tworzenia partnerstw z instytucjami badawczymi ipracownicy akademiccy z doświadczeniem w zakresie współspiekania materiałów i druku 3D z metalu i ceramiki.

Przeczytaj najnowszą perspektywę firmy Eckes, "W jaki sposób sprawić, by tanie, skalowalne, wielomateriałowe drukowanie 3D stało się rzeczywistością", w całości tutaj