Northwestern University i Argonne National Laboratory badają odkładanie energii za pomocą promieni Roentgena

Aby przyjrzeć się bliżej, zespół badawczy, łączący siły z Northwestern University i Argonne National Laboratory, zaczął dokładnie badać, co dzieje się podczas drukowania 3D, a nie później, publikując ich wyniki w "Szybkim obrazowaniu rentgenowskim in-situ". napędzane piezoelektrycznie ukierunkowane osadzanie energii w procesie addytywnym. Autorzy Sarah J. Wolff, Hao Wu, Niranjan Parab, Cang Zhao, Kornel F. Ehmann, Tao Sun i Jian Cao wskazują, że historycznie trudno było monitorować wewnętrzne procesy w najmniejsza szczegółowość, ponieważ każda przerwa w procesie może być szkodliwa dla produktu końcowego. Podczas gdy obserwowaliśmy wiele różnych przypadków analizowania druku 3D i unikalnych materiałów, a także pracowaliśmy nad znalezieniem ulepszonych strategii w AM, to badanie zdecydowanie skupia się na innych kwestiach:

"Monitorowanie zaawansowanych procesów produkcyjnych w celu oceny zmiany w historii termicznej, strukturze i właściwościach są kluczowe dla zrozumienia zjawisk fizycznych zachodzących w trakcie procesu i dla kontroli w zamkniętej pętli budowanych właściwości w AM, "stwierdzają naukowcy.

Reżyseria ukierunkowana na energię opiera się na podgrzane cząstki proszku, stopione w celu utworzenia warstw struktury. Ta metoda produkcji cieszy się coraz większą popularnością, szczególnie w zakresie szybkiego prototypowania i konserwacji części. Korzyści obejmują szybsze i lepsze krzepnięcie drukowanych obiektów, wraz z elastycznością typów i wykorzystania materiałów.

"Ze względu na złożoność osadzania się proszków i ich wzajemnych oddziaływań w DED, jednak monitorowanie wpływu poszczególnych cząstek na topieli i wynikająca z tego kompozycja stanowi wyzwanie "- stwierdzają naukowcy. "W tym badaniu zastosowano tani system podawania proszku z piezoelektrycznym napędem, który osadza pojedyncze cząsteczki w interakcji z ruchomą wiązką laserową, aby uchwycić podstawową fizykę interakcji laser-materia podczas DED za pomocą szybkobieżnego promieniowania rentgenowskiego obrazowanie. "

Chociaż piezoelektryczne może być pojęciem nowym dla wielu, wiąże się z uwolnieniem ładunku pod ciśnieniem lub innym wysiłkiem. W tym roku przeprowadziliśmy badanie dotyczące materiałów piezoelektrycznych pod kątem ich potencjału w druku 3D w celu opracowania różnych czujników i inteligentnych materiałów. W tym nowszym badaniu naukowcy są zainteresowani badaniem energii kierowanej piezoelektrycznie za pomocą promieniowania rentgenowskiego, aby lepiej zrozumieć interakcje laserów i proszku podczas drukowania 3D.

W tym eksperymencie zespół zaprojektowałzamknięta komora, obejmująca układ napędzany piezoelektrycznie i wymagany gaz argonowy.

"Sekwencja wyzwalania rozpoczyna się po uruchomieniu elementu piezoelektrycznego w systemie dostarczania proszku. Sygnał z elementu piezo włącza laser. Sygnał "włączony" z lasera rozpoczyna skanowanie laserem, przesuwając zwierciadła galvo skanera "- informują badacze o systemie obserwacji. "Kiedy lustra galvo są w określonej pozycji, która wyrównuje wiązkę lasera z piezo-napędzanym systemem dostarczania proszku, przesłona promieni rentgenowskich jest otwarta, aby wiązka promieni rentgenowskich mogła przejść do komory."

Wibracje piezo powodują spływanie proszku do obszaru, w którym ustawiają się wiązki lasera i promieni rentgenowskich. Określone parametry zostały ustawione do kontrolowania natężenia przepływu poprzez kontrolowanie częstotliwości i mocy wibracji piezoelektrycznych. Każda porowatość była śledzona i oceniana, wraz z rozpryskiwaniem i związanym z tym wyrzucaniem cząstek. Ostateczną nadzieją w przeprowadzeniu takich eksperymentów obrazowania było lepsze zrozumienie procesów DED i związanych z nimi materiałów.

"Szybkie zdjęcia rentgenowskie, które ujawniają interakcje laser-materia w różnych trybach przetwarzania DED, mogą pomóc w walidacji modeli termicznych, termo-fluidalnych i termomechanicznych "- stwierdzają naukowcy. "W przypadku grawitacyjnego przepływu masy o niskiej masie wywołany laserem strumień pary rozprasza cząstki z dala od puli stopowej z prędkością do 10 m / s."

Naukowcy zwracają uwagę, że większość czujników nie jest w stanie dostarczyć wystarczającej ilości danych i nie ma rozdzielczości niezbędnej do wykazania szybkich procesów chłodzenia DED. W badaniu tym udało się wskazać niektóre przyczyny porowatości, ale wskazano, że potrzeba więcej badań, aby zrozumieć porywanie cząstek.

"Kontrolowanie pojedynczych trajektorii cząstek w stosunku do wiązki laserowej może prowadzić do bardziej rozstrzygających obserwacje dotyczące wchodzenia cząsteczek do puli stopu. Ta praca ujawnia konieczność obojętnego gazu nośnego do wspomagania przepływu cząstek. Bez gazu nośnego większość cząsteczek rozprasza się z roztopionej masy, podczas gdy gaz nośny umożliwia przenikanie cząstek przez indukowaną laserem smugę pary wodnej ", podsumowują badacze

" Przyszłe prace, które badają wpływ gazu nośnego ciśnienie i prędkość są wymagane, aby uchwycić zjawiska w bardziej reprezentatywnym przetwarzaniu DED. Sprzężenie wysokiej rozdzielczości monitorowania termicznego może również pomóc w lepszym zrozumieniu chłodzenia, a dokładniej, zestaleniazachowanie puli wytapiania. "