Kalifornijski Uniwersytet Stanowy: Drukowanie kompozytów z matrycy tytanowej 3D z ceramiką

Reza Hajiha, student pracy dyplomowej z California State University, bada bardziej złożone zagadnienia w druku 3D za pomocą metalu w „Nowatorskiej metodzie wytwarzania addytywnego kompozytów z matrycą tytanową z ceramicznym wzmocnieniem przez termiczny rozkład aluminium Siarczan „Hajiha, badając cud druku 3D, omawia wymagania dotyczące wytrzymałości i trwałości tworzonych części, w szczególności kompozytów z metalową osnową (MMC).

MMC przyciągają dziś uwagę, ponieważ są odporne na oba temperatura i tarcie oraz oferują lepszą stabilność termiczną. Tego typu części oferują wszystkie zalety drukowania 3D i wytwarzania przyrostowego, w tym niższe koszty, szybkość produkcji i samowystarczalność w produkcji - plus dla użytkowników na każdym poziomie. Badania Hajihy obejmują badanie nowej metody w druku 3D części MMC wzmocnionych cząstkami ceramicznymi, opatentowanych przez dr Yoozbashizadeh i dr Yavari z California State University Long Beach i Northrop Grumman Company.

„Obecne metody mają pewne wady takie jak ograniczenia materiałów, które można zastosować, oraz słabe właściwości mechaniczne niektórych z takich materiałów. Niektóre z wyżej wymienionych metod obejmują wysokie koszty związane z wysokimi kosztami przypisywanej maszyny ”, stwierdza Hajiha. „Ponadto brak dokładności wymiarowej drukowanych modeli jest kolejnym powodem, który uzasadnia dalsze badania i wynalazek w dziedzinie wytwarzania dodatków do części metalowych. MMC są jedną z atrakcyjnych dziedzin rozwoju i badań ze względu na ich wyjątkowe właściwości mechaniczne. ”

MMC mają dobry potencjał do wykorzystania w aplikacjach takich jak lotnictwo, transport i urządzenia do noszenia. Można je kategoryzować w odniesieniu do cząstek, warstw, włókien i kompozytów infiltracyjnych. Hajiha omawia kilka różnych rodzajów drukowania 3D, w tym:

Hajiha omawia również wady, takie jak drukowanie warstwa po warstwie, często powodujące braki spowodowane wewnętrznymi czynnikami stresującymi. Takie odkształcenia i porowatość mogą prowadzić do zmniejszenia wytrzymałości mechanicznej i gorszej wydajności części. W produkcji za pomocą MMC istnieją pewne wady, takie jak ograniczona liczba dodatków metalicznych, które można stosować, a tylko najmniejsza ilość nadmiaru dodatku niemetalicznego może powodować zakłócenia w procesie. Wyższe poziomy skurczu są również zgłaszane w przypadku nadmiernej pustki - zwykle widoczne w bardziej złożonych geometriach.

ZaletyMMC charakteryzują się wyższą ciągliwością i lepszą wytrzymałością, można zmniejszyć skurcz, nie wpływają na właściwości termiczne i poprawia się właściwości mechaniczne. MMC wykorzystuje również rekrystalizację, redukując reakcje i reakcje wypierania. Drukarka 3D dostosowana do procesów MMC obejmuje następujące elementy:

„Aby dostarczyć nieorganiczny roztwór soli do łoża drukarki, sprężone powietrze jest stosowane za roztworem wewnątrz strzykawki” - wyjaśnił badacz. „Ręczne pompowanie zwiększa ciśnienie powietrza, a analogiczny miernik monitoruje przyłożone ciśnienie. Rozwiązanie przechodzi przez rury i jest dostarczane do solenoidu kontrolowanego przez płytę kontrolera w celu połączenia lub odłączenia przepływu roztworu. Rozwiązanie musi przejść przez filtr, aby upewnić się, że żadne zanieczyszczenia lub cząstki nie dotrą do solenoidu, aby zapobiec jakiemukolwiek zatykaniu. Aby spełnić ten cel, w drodze rozwiązania zainstalowano filtr 10 µm. ”

Proces produkcji składa się z:

Sparkowania plazmy iskrowej (SPS) zastosowano w tym badaniu również , a naukowcy podkreślają, że ma więcej zalet niż spiekanie HP, w tym wzrost temperatury, wyższą szybkość spiekania i niższe koszty eksploatacji.

„Badania mogą posunąć się dalej w celu zbadania wpływu parametrów drukowania , takich jak stosunek prędkości i roztworu, do jakości powierzchni i właściwości mechanicznych części ”- stwierdzili naukowcy. „Co więcej, procedurę drukowania można poprawić, stosując atramentową głowicę drukującą do wytwarzania bardziej skomplikowanych i bliskich siatce części.”

„Wyniki tych wyżej wymienionych badań można zebrać i przyczynić się do opracowania modeli i oprogramowanie do symulacji procesu wytwarzania i przewidywania właściwości mechanicznych ostatecznej części.