Studenci studiów podyplomowych badają drukowanie 3D z osadzaniem kropli

Używając stopu Aluminium 6061 (materiału często używanego do testowania), Vishnoi zaobserwował nie tylko korzyści wynikające z produkcji dodatków w porównaniu z subtraktywnymi, ale także przeanalizował wykorzystanie nowej drukarki 3D opracowywanej przez Vader Systems podczas badania użycia osadzania kropelek . Naukowiec wraz z zespołem korzystał z różnych programów matematycznych, aby lepiej zrozumieć interakcje kropelkowo-powietrzne i kropelkowo-substratowe i zbadał struktury, które zostały faktycznie wydrukowane w 3D, aby dowiedzieć się więcej o tym, jak parametry, które ustawiają, mają wpływ na wykonanie. < p> Vishnoi wskazuje, że istnieje pozytywna "zgoda" między modelami obliczeniowymi a danymi, które wyodrębniły. Jego badania zawierają szczegółowe informacje na temat procesów subtraktywnych, ale wskazują, że drukowanie 3D może zastąpić taką tradycyjną produkcję, ponieważ daje użytkownikowi możliwość tworzenia metalowych prototypów, które w przeciwnym razie byłyby zbyt trudne lub drogie. Wskazuje także na dodatkowe zalety druku 3D, takie jak szybkość i zwiększona wydajność; jednak Vishnoi i jego zespół z pewnością nie są w ciemności, jeśli chodzi o wady dotyczące produkcji przemysłowej, takie jak ogólne koszty uruchomienia, aby wprowadzić procesy AM, a następnie je kontrolować. Oczywiście metal nie jest jedynym materiałem powszechnie stosowanym w produkcji dodatków - a lista dostępnych substancji stale rośnie, od ceramiki do betonu po bardziej wszechobecne polimery, które wciąż panują.

Dla AM metale wykorzystujące techniki wyrzucania kropli, Vishnoi wskazuje, że przeszkody ruchowe nadal stanowią problem w zakresie zarządzania termicznego, wyrzucania kropli i modelowania kropel z osadzaniem, koalescencją i zestalaniem. Obecne badania koncentrują się na drukowaniu na żądanie przy użyciu metalu, przy czym kropelki są wytłaczane w spójnych odstępach czasu.

"Drukarki 3D typu" na żądanie "składają się zwykle z małego otworu, zbiornik i głowica drukująca, która generuje impuls ciśnieniowy, aby utworzyć nieciągłość strumienia wyrzucanego płynu ", stwierdza Vishnoi w swojej pracy.

" W celu uzyskania dokładnego wzoru kropelek pod podłożem ustawia się podłoże głowica drukująca. Substrat porusza się z wcześniej zaprogramowaną prędkością, która musi być dopasowana do częstotliwości wyrzucania kropel. Częstotliwość wyrzucania kropli zmienia się w zależności od kształtu struktury, która ma zostać wydrukowana. "

Vishnoi i jego zespół skupili się wyłącznie na wyrzucaniu kropli magnetohydropdynamicznej (MHD). Celem było, aby móc produkować więcejzłożone struktury wykorzystujące proces Magnetojet wraz z wyszczególnieniem ich modelu obliczeniowego.

MHD nie jest nową koncepcją, używaną od 1907 roku, z potencjałem dla nowoczesnych aplikacji w następujących dziedzinach:

MHD jest nadal szeroko stosowane w procesach odlewania, ale tutaj naukowcy próbują przekonwertować go na nową metodę drukowania 3D.

"Proces drukowania MagnetojetTM został użyty do stworzenia części aluminiowych z powtarzalnością do 1000 kropel / s, z rozdzielczością odkładania kropelek 500 μm. Osiągnął on masową szybkość osadzania do 1 funta na godzinę w oparciu o pojedynczy otwór, który generuje kropelki o średnicy 500 μm ", stwierdza Vishnoi w swojej gazecie. "Ponadto jest to stosunkowo tani proces, w którym można drukować części o ulepszonych właściwościach mechanicznych dzięki obecności wyjątkowej struktury ziaren metalu."

Zespół wykorzystał oprogramowanie Flow-3D do analizy obliczeniowej , studiując dynamikę termo-fluidową. Stwierdzono, że na krzepnięcie kropel wpływają następujące czynniki:

Użyli także ścian i granic ciśnienia, aby zastosować warunki antypoślizgowe, a także ciśnienie statyczne i stagnacyjne. Testy przeprowadzono na prostym modelu z dziesięcioma kropelkami będącymi pierwszymi drukowanymi w 3D i bardziej złożonymi geometriami wytworzonymi później podczas testów.

Badacze z uniwersytetów odkryli, że kształt produktu miał wiele wspólnego z ich sukcesem w 3D druk. Nakładanie się kropel było ważnym parametrem w tym badaniu nad drukowaniem 3D, wraz z frakcją nakładania i wyrzucaniem kropelek

"Proces jest wyjątkowo opłacalny, ponieważ wykorzystuje wsad z drutu metalowego, eliminując w ten sposób potrzebę specjalnie przygotowanego proszku. Nadal istnieją wyzwania związane z realizacją optymalnych parametrów eksploatacyjnych i poprawą ogólnej wydajności procesu. Wyodrębnienie krytycznych parametrów osadzania kropel pozwoli procesowi zbudować szerszy zakres struktur metalowych, takich jak pochyłe słupy, nawisy poziome itp. O wysokiej wytrzymałości mechanicznej i minimalnych stratach materiałowych "- stwierdzili naukowcy na zakończenie. "Aby rozwiązać ten problem, przedstawiliśmy podejście do modelowania komputerowego, koncentrując się na modelu osadzania kropel. Model ten może być wykorzystany do racjonalnego badania i projektowania procesu MagnetojetTM, jak również do podobnych procesów "upuszczania na żądanie" i zostanie ulepszony w przyszłości w celu uwzględnienia dodatkowej fizyki, aby wiernie modelować cały proces ".