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3D打印新發現:超聲波能提升3D打印金屬12%強度

3D打印新發現:超聲波能提升3D打印金屬12%強度

  • 分類:新聞中心
  • 作者:
  • 來源:
  • 發布時間:2020-03-03 14:40
  • 訪問量:

【概要描述】

3D打印新發現:超聲波能提升3D打印金屬12%強度

【概要描述】

  • 分類:新聞中心
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  • 發布時間:2020-03-03 14:40
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近日,澳大利亞墨爾本皇家理工大學研究人員研究發現,利用超聲波能夠改變3D打印金屬合金的微觀結構,增強其強度和一致性,該研究有望推動增材制造新技術的發展。研究是由博士生CarmeloTodaro帶領的RMIT大學團隊嘗試的一種被稱為“定向能量沉積(DED)”的現有3D打印技術。


 

據了解,RMIT的研究人員使用了兩種不同的常用合金打印出樣品:Ti-6Al-4V是一種常用于飛機部件和生物力學植入物的鈦合金;Inconel625則是一種鎳基高溫合金,常用于海洋和石油工業領域。無論使用的是哪種合金,其沉積表面實際上都是一個聲波探測儀,即一個產生超聲波振動的工具。在當金屬凝固過程中,振動會對顯微結晶作用從而使其形成更為緊密的結構。結果發現,跟沒有使用超聲波的相同樣品相比,這些物質的抗拉強度和屈服應力增加了12%。

Todrao表示:“如果你觀察3D打印合金的微觀結構,你會發現它們通常是由大型細長的晶體構成。由于其機械性能較低并且在印刷過程中更容易出現裂紋,這使得它們更難被工程應用所接受。但是,我們在印刷過程中使用超聲波所得到的合金的微觀結構卻有著明顯的不同:合金晶體非常細小且完全是等軸的,這意味著它們在整個印刷金屬部件的各個方向上都是均勻地形成的。”


 

此外,通過在打印過程中打開和關閉超聲波發生器還可以在不同區域創建具有不同微觀結構的單個項目。這是一種被稱為“功能分級”的質量,它在考慮低重量或減少材料使用等因素的對象中非常有用。

3D打印合金通常是由大的細長晶體組成,機械性能較低,且在打印過程中更容易出現裂紋,使其難以用于工程應用。使用超聲波處理過的合金晶體非常細小且完全等軸,這意味著其在整個3D打印金屬部件的各個方向上都是均勻沉積的。研究人員相信,一旦超聲增強3D打印技術得到進一步發展,難么它還將可能被用到其它金屬的強度提升中,諸如不銹鋼、鋁合金和鈷合金等。

超聲波處理前后的顯微組織對比

 

使用3D打印設計與改進生產了一個可堆疊的液壓閥。直接操作減壓閥是由鋼和鍍鋅制成的,以防腐蝕。當Aidro的客戶有小數額的閥門需求時,數控加工對于交貨時間和成本來說是不可控的。相反,閥門使用3D不銹鋼重新設計生產,重量減輕了60%。其結構墻和原來相比一樣結實,在250bar壓力測試下新的設計結果具有可比性。

 

主流金屬3D打印技術:


激光選區燒結(SLS)

SLS整個工藝裝置由粉末缸和成型缸組成,粉末缸活塞上升,由鋪粉車將粉末在成型缸上均勻鋪上一層,計算機根據原型的切片模型控制激光束的二維掃描軌跡,有選擇地燒結固體粉末材料以形成零件的一個層面。完成一層后,工作活塞下降一個層厚,鋪粉系統鋪上新粉,控制激光束再掃描燒結新層。如此循環往復,層層疊加,直到三維零件成型。

納米顆粒噴射金屬成型(NPJ)

普通金屬3D打印技術是使用激光熔化或激光燒結金屬粉末顆粒,而納米顆粒噴射金屬成型(NPJ)技術采用的不是粉狀形態,而是液態。這些金屬以液體的形式被包裹在一個管子里并插入3D打印機,在金屬3D打印的時候用含有金屬納米顆粒的“鐵水”噴射成型。帶來的好處是用鐵水打印金屬,整個模型會更圓潤,而且能使用普通的噴墨打印頭作為工具。當打印完成后,構建室會通過加熱將多余的液體蒸發,只留下金屬部分。

激光選區熔化(SLM)

激光選區熔化技術的基本原理是先在計算機上利用Pro/e、UG、CATIA等三維造型軟件設計出零件的三維實體模型,然后通過切片軟件對該三維模型進行切片分層,得到各截面的輪廓數據,由輪廓數據生成填充掃描路徑,設備將按照這些填充掃描線,控制激光束選區熔化各層的金屬粉末材料,逐步堆疊成三維金屬零件。激光束開始掃描前,鋪粉裝置先把金屬粉末平推到成形缸的基板上,激光束再按當前層的填充掃描線,選區熔化基板上的粉末,加工出當前層,然后成形缸下降一個層厚的距離,粉料缸上升一定厚度的距離,鋪粉裝置再在已加工好的當前層上鋪好金屬粉末,設備調入下一層輪廓的數據進行加工,如此層層加工,直到整個零件加工完畢。

激光近凈成型(LENS)

激光近凈成型(LENS)技術采用激光和粉末輸送同時工作原理。計算機將零件的三維CAD模型分層切片,得到零件的二維平面輪廓數據,這些數據又轉化為數控工作臺的運動軌跡。同時金屬粉末以一定的供粉速度送入激光聚焦區域內,快速熔化凝固,通過點、線、面的層層疊加,最后得到近凈形的零件實體,成形件不需要或者只需少量加工即可使用。LENS可實現金屬零件的無模制造,節約大量成本。

來源:機械制圖網

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