Nowe badania pokazują, że druk 3D SLM ma duży potencjał do wytwarzania elementów ze szkła metalicznego

Metaliczne szkło, znane również jako amorficzny metal, po raz pierwszy wprowadzono na początku lat 60. XX wieku i od tego czasu wydaje się, że wszyscy chcą tego działania. Materiał jest ceniony ze względu na wiele wyjątkowych właściwości, takich jak mała sztywność, prawie teoretyczna wytrzymałość, wysoka odporność na korozję i duże limity odkształceń sprężystych. Masowe szkła metaliczne (BMG), które mają charakterystyczne rozmiary próbek przekraczające 1 mm, zostały z powodzeniem zbadane w przypadku formatorów szklanych.

Nie jest łatwo wyprodukować metalowe szkła o złożonej geometrii, ponieważ stopione stopy muszą Szybko schładzać, aby przejść obok zarodkowania i wzrostu kryształów, a najczęściej stosowane metody, takie jak przędzenie w stanie stopionym, odlewanie i metalurgia proszków, są ograniczone zarówno pod względem złożonej geometrii, jak i wymiaru. Dlatego tak ważne jest kontynuowanie badań i opracowywanie nowatorskich metod przetwarzania amorficznych komponentów.

Zespół naukowców z Uniwersytetu Naukowo-Technologicznego w Pekinie bada zastosowanie selektywnego topienia laserowego (SLM, zwane również DMLS, bezpośrednie spiekanie metali, spawanie w proszku, laserowe spiekanie w proszku) Drukowanie 3D w celu wytworzenia proszku metalicznego na bazie żelaza o nieograniczonej, złożonej geometrii. Ta specyficzna technologia oferuje bardzo wysokie prędkości chłodzenia, co jest ważne dla tworzenia się szkła w większości BMG i może wykorzystywać różne parametry przetwarzania, w których wykorzystuje się gęstość energii lasera, aby stopić metalowy proszek.

Naukowcy opublikowali niedawno artykuł zatytułowany "Wytwarzanie i charakteryzowanie szkieł metalicznych na bazie żelaza za pomocą selektywnego topienia laserowego", w czasopiśmie Optics and Laser Technology. W artykule opisano duży potencjał SLM w zakresie drukowania 3D elementów z metalicznego szkła o złożonej geometrii.

Streszczenie brzmi: "Metaliczne szkła na bazie żelaza (MG) mogą być potencjalnymi materiałami strukturalnymi dzięki wyjątkowej kombinacji wytrzymałości, korozji i odporność na zużycie. Jednak wiele tradycyjnych metod jest trudnych do wytworzenia MG opartych na Fe o złożonej geometrii. W tym badaniu do wytwarzania szkieł metalicznych Fe-Cr-Mo-W-Mn-C-Si-B stosowano nową technologię obróbki metalurgicznej, selektywne topienie laserowe (SLM). Mikrostrukturę, stabilność termiczną i mechaniczne właściwości przetwarzanych próbek z różną gęstością energii laserowej badano metodą dyfrakcji rentgenowskiej (XRD), skaningowego mikroskopu elektronowego (SEM), transmisyjnej mikroskopii elektronowej (TEM),różnicowa kalorymetria skaningowa (DSC) i nano-twardość. Dzięki wysokiej szybkości schładzania SLM, fazy krystaliczne w rozpylonym gazie proszku prawie całkowicie zniknęły i prawie całkowicie amorficzne części struktury otrzymano po obróbce SLM. Wybierając odpowiednie parametry, wielkość i ilość porów zostały skutecznie zmniejszone, a gęstość względna próbek może osiągnąć wartości ponad 96%. Chociaż wymagane są dodatkowe prace w celu usunięcia porowatości resztkowej i uniknięcia powstawania pęknięć podczas obróbki, niniejsze wyniki przyczyniają się do rozwoju częściowych szkieł metalicznych na bazie żelaza o złożonej geometrii za pośrednictwem SLM. "

Fe oparte na BMG są ważne ze względu na ich wyjątkowe połączenie wysokich właściwości fizycznych, chemicznych i mechanicznych, niskie powinowactwo z tlenem oraz fakt, że surowiec jest tańszy od innych komercyjnych BMG. Naukowcy wykorzystali do badań metaliczny system Fe-Cr-Mn-Mo-WBC-Si z dużą zdolnością formowania szkła (GFA) i zastosowali dyfrakcję rentgenowską (XRD), skaningowy mikroskop elektronowy (SEM), transmisyjna mikroskopia elektronowa (TEM) i różnicowa kalorymetria skaningowa (DSC) w celu zbadania strukturalnych różnic pomiędzy oryginalnym proszkiem a częściami drukarki SLM 3D

Zgodnie z morfologią proszku, powierzchnie są bardzo gładkie, co powoduje dobra płynność. Zespół zauważył jednak, że mikropory powstały w wyniku uwięzienia szkła i że krystalizacja wystąpiła w niewielkiej ilości proszku, ponieważ, jak wyjaśniają naukowcy, "szybkość chłodzenia podczas rozpylania gazu nie jest wysoka wystarczy, aby zahamować krystalizację. "

Jednak fazy krystaliczne w rozpylonym gazie proszku zniknęły po wydrukowaniu 3D SLM.

Próbki wydrukowano w 3D z różnymi gęstościami energii lasera, w celu zbadaj właściwości mechaniczne metalowych szkieł i ewolucję mikrostruktury. Wybierając odpowiednie parametry, naukowcy byli w stanie z powodzeniem drukować 3D wysokiej jakości metalowych szkieł na bazie żelaza.

"Obecnie wielkim wyzwaniem jest produkcja wielkogabarytowych stopów szklistych o wyrafinowanej geometrii z wykorzystaniem istniejących technologii . Technologia SLM, w tym nagrzewanie proszku do topienia w bardzo krótkim czasie, a następnie płynne topienie puli meltingu, stwarza nowe możliwości tworzenia dużej, geometrycznej swobody elementów ze szkła metalicznego "- wyjaśniają naukowcy."Na podstawie powyższych wyników zauważyliśmy, że chociaż otrzymany proszek częściowo się wykrystalizował, proszek doświadczył szybkiej obróbki laserowej z dużymi szybkościami chłodzenia, prowadząc do prawie całkowicie bezpostaciowej struktury. Zjawisko to udowadnia, że ​​w zoptymalizowanych warunkach przetwarzania SLM, zarodkowanie i krystalizacja są hamowane i można uzyskać strukturę amorficzną. "

Zauważyli również, że w celu polepszenia jakości części drukowanych 3D SLM poprzez zmniejszenie mikro- pęknięcia i pory, konieczne jest dalsze precyzyjne dostrojenie parametrów przetwarzania.

Naukowcy podsumowali: "Ponadto, proces przygotowania systemu proszkowego musi być jeszcze zoptymalizowany i zapewnić proszki o całkowicie bezpostaciowej strukturze. można uzyskać, co eliminuje krystalizację w częściach SLM. Obecne wyniki potwierdzają, że wytwarzanie dodatków przez SLM stanowi alternatywny sposób przetwarzania dla wytwarzania elementów z masywnego szkła metalicznego bez ograniczeń wielkości i zawiłości. Metoda i warunki przetwarzania są w zasadzie dostępne dla szerokiej gamy produkcji szkieł metalicznych. "