Technologia soczewek zastosowana w nowym procesie jednoetapowym do drukowania wielomateriałowych struktur 3D

Amit Bandyopadhyay, profesor Herman i Brita Lindholm, wykładający na Uniwersytecie w Szkole Inżynierii Mechanicznej i Materiałowej, powiedział: "To krok w kierunku następnego poziomu produkcji i następnej generacji projektowania, walidacji, optymalizacji i produkcji przy użyciu Drukowanie 3D. "

Druk 3D nie tylko przerobił wiele praktyk przemysłowych, ale także miał duży wpływ na procesy projektowania produktów. Jednak większość drukarek 3D może używać tylko jednego materiału na raz do drukowania części 3D - nie w przypadku nowego procesu zespołu WSU. Badacze pod kierownictwem Bandyopadhyay'a mogli wykorzystać swoją nową technikę do drukowania struktur 3D zarówno z metalu jak i ceramiki, a bimetaliczna rurka magnetyczna z jednej strony, a nie z drugiej.

W tym miesiącu zespół opublikował artykuł na temat ich pracy, zatytułowany "Addyszowa produkcja bimetalicznej struktury z Inconel 718 ze stopu miedzi z wykorzystaniem laserowego kształtowania sieci (LENS)" w czasopiśmie Additive Manufacturing.

Badania zostały sfinansowane przez Wspólne Centrum Innowacji Technologii Kosmicznych, Narodowej Fundacji Nauki i Marshall Space Flight Center; współautorami publikacji są absolwenci WSU Bonny Onuike i Bryan Heer oraz Bandyopadhyay.

Streszczenie brzmi: "Aby zrozumieć zdolność przetwarzania i pomiar wypadkowych właściwości międzyfazowych i cieplnych Inconel 718 i stopu miedzi GRCop-84, konstrukcje bimetaliczne zostały wykonane przy użyciu laserowego inżynieryjnego kształtowania sieci (LENS), dostępnego w handlu dodatku technika wytwarzania. Postawiono hipotezę, że addytywne łączenie obu stopów kosmicznych tworzy unikalną strukturę bimetaliczną o ulepszonych właściwościach termofizycznych w porównaniu ze stopem Inconel 718. Zastosowano dwa podejścia: bezpośrednie osadzanie GRCop-84 na Inconelu 718 i kompozycyjną gradację dwóch stopów. Do scharakteryzowania tych struktur bimetalicznych użyto skaningowej mikroskopii elektronowej (SEM), spektroskopii dyspersji energii (EDS), dyfrakcji rentgenowskiej (XRD), mikrotwardości Vickersa i dyfuzyjności cieplnej lampy błyskowej w celu potwierdzenia naszej hipotezy. Podejście stopniowania kompozycyjnego pokazało stopniowe przejście elementów Inconel 718 i GRCop-84 w interfejsie, co znalazło również odzwierciedlenie w przekroju profilu twardości w interfejsie bimetalicznym. Obrazy SEM wykazały kolumnowe struktury ziaren na styku z osadem Cr2Nb osadu wzdłuż granic ziaren i złoże-depozytberło. Średnią dyfuzyjność cieplną struktury bimetalicznej zmierzono przy 11,33 mm 2 / s dla zakresu temperatury 50 ° C-300 ° C; 250% wzrost dyfuzyjności w porównaniu do czystego stopu Inconel 718 przy 3,20 mm 2 / s. Przewodność konstrukcji bimetalicznych wzrosła również o prawie 300% w porównaniu do Inconelu 718. Takie struktury o zaprojektowanej gradacji kompozycyjnej i dostosowanych właściwościach termicznych otwierają możliwości wytwarzania wielomateriałowych dodatków metalowych dla następnej generacji konstrukcji lotniczych. "

Możliwość zastosowania więcej niż jednego materiału jednocześnie w 3D zadania drukowania, producenci mogą lepiej kontrolować właściwości materiałów, takich jak ochrona przed korozją, adaptacja środowiska i przewodzenie ciepła. Może to pomóc w obniżeniu liczby etapów produkcji i umożliwić producentom tworzenie złożonych produktów z wieloma częściami przy użyciu tylko jednej maszyny, w ramach jednej operacji.

Dodatkowo, wielomateriałowe drukowanie 3D neguje użycie klejów lub połączeń połączeń które są obecnie potrzebne do tworzenia produktów wielomateriałowych.

"Możesz połączyć ze sobą dwa bardzo silne materiały, ale ich połączenie będzie tak silne, jak ich klej. Wielomateriałowa, addytywna produkcja pomaga pozbyć się słabego punktu - wyjaśnił Bandyopadhyay.

System LENS został użyty do połączenia dwóch materiałów w jednym kroku i pomyślnie wydrukowano 3D strukturę miedzi i Inconelu 718, który jest stop niklowo-chromowy stosowany w rakietach na paliwo ciekłe; służy również do produkcji części blaszanych do silników samolotowych.

Materiał ten może się dobrze utrzymywać w wysokich temperaturach, ale chłodzi się bardzo powoli, co stanowiło premię do tego projektu. Gdy miedź została dodana do procesu drukowania 3D, część mogła zostać schłodzona o 250% szybciej, co oznacza wyższą oszczędność paliwa i dłuższą żywotność silników samolotowych.

Badanie to otworzyło także dodatkowe opcje projektowania. Naukowcy pracowali z absolwentami WSU Tomem Gualtieri i Yanning Zhang przy drukowaniu 3D materiału metaloceramiki w jednej operacji.

"Pozwala nam to na różnicowanie kompozycji i dodawanie funkcjonalności do produktu podczas drukowania 3D. jest tradycyjnie bardzo trudne do osiągnięcia. I możemy to zrobić w jednym procesie z pojedynczą maszyną ", powiedział Bandyopadhyay.

" Wielomateriałowa produkcja dodatków otworzyła drzwi dla tak wielu różnych możliwych kreacji. Pozwoliło nam być odważniejszymi i więcejkreatywny. "

Porozmawiaj o tym i innych tematach drukowania 3D na stronie 3DPrintBoard.com lub podziel się przemyśleniami w komentarzach poniżej.