Уникальной особенностью технологии аддитивного производства, является возможность изготовления деталей из различных материалов.
При таком подходе для изготовления одной детали можно использовать несколько типов материалов. К числу достижений этого метода относятся компоненты со специально подобранными функционально дифференцированными, неоднородными или пористыми структурами и композиционными материалами .
Широкий спектр материалов, таких как металлы, пластмассы и керамика, был использован в различных методах технологии аддитивного производства для получения многоматериальных продуктов, чтобы соответствовать современным требованиям отрасли, которые в противном случае были бы недостижимы.
Все технологии аддитивного производства, имеют потенциал для применения при производстве различных материалов.
Кроме того, было проведено множество исследований для изучения возможности применения мультиматериального производства для различных технологии аддитивного производства.
Процесс изготовления композиционных материалов может осуществляться либо в процессе осаждения материала, либо гибридным способом, при котором комбинация различных материалов может быть выполнена до или после аддитивного производства, в качестве предшествующего или последующего этапа производства компонента.
Композитные процессы могут быть реализованы для производства разнородных веществ и функционально дифференцированных материалов (FGM).
Производство градиентных многофазных или пористых материалов по индивидуальному заказу является одной из особенностей AM-процессов. В результате в рамках одной интегрированной детали могут быть достигнуты различные свойства.
Кроме того, при изготовлении компонентов из композитных материалов можно комбинировать требуемые свойства включенных материалов, компенсируя при этом некоторые из их ограничений.
Методы производства многоматериальных и композитных добавок
Различные модификации AM и их комбинация с другими способами производства с целью получения многоматериальных или композитных изделий перечислены ниже.
Субъекты в основном классифицируются по технологическим адаптациям для реализации мультиматериалов, различных материалов, используемых в этих процессах, гибридов AM и других методов производства.
Методы стереолитографии
Стереолитография (SLA) разработана на основе явлений фотополимеризации и в основном включает применение источника света для соединения фотополимерных смол, смешанных с другими материалами, для производства твердых композиционных деталей .
Многокомпонентные процессы SLA выполнялись последовательным нанесением и промывкой различных видов фотополимеризуемых смол в одном или нескольких чанах для изготовления каждого куска компонента с помощью специальных материалов. Функциональность этих подходов была распространена в нескольких областях - от изготовления электронных компонентов до биомедицинских имплантатов.
Метод инфильтрации жидких прекурсоров обычно применяется для производства керамики и их композитов.
В этом методе пористый компонент погружается в жидкий инфильтрационный материал. В результате проникновения прекурсора в поры керамического компонента достигается широкий спектр микроструктур, таких как градиентные, частично или полностью плотные материалы, а также повышение плотности и механических свойств уплотнения порошка.
В SLA керамических материалов, керамическая суспензия с фоторелейной жидкостью используется для производства зеленой части в желаемой форме. Затем выполняются сушка и другие процессы удаления связующих веществ для получения компонента с высокой плотностью и минимальными дефектами
Ученые выполнили процесс инфильтрации после SLA глиноземной керамики путем погружения печатной продукции в жидкости различных модифицирующих компонентов для получения многофазного композита путем заполнения соединенных пористостей инфильтрационными материалами.
В суспензию глинозема был добавлен фото-инициаторный материал, который делает его устойчивым к УФ-излучению и пригодным для процесса SLA.
После связывания и последующей инфильтрации последовал процесс выпадения осадков. В результате инфильтрационного процесса было отмечено повышение твердости детали, но снижение вязкости разрушения.
Струйная печать наносит материалы связующего на слой порошка для селективного послойного соединения порошковых материалов для получения трехмерных деталей
При струйной обработке могут быть разработаны дополнительные извлекаемые порошковые материалы для достижения желаемого процента материалов в различных слоях деталей. Затем с помощью процедур экстракции, таких как растворители, можно удалить дополнительные материалы, чтобы получить желаемый пористый или функционально дифференцированный материал .
Применение инфильтрационных процессов к керамическим материалам производства AM было использовано для создания многофазных композитов. Что касается процесса струйной обработки связующего, то в нем используются пористые продукты. В то время как связующий материал отверждается для получения твердой детали, он выгорает и оставляет пористость в конечном компоненте.
Основная цель инфильтрации заключается в заполнении пористости другими функциональными материалами для получения полностью плотной части.
Керамически-металлические композиты могут быть изготовлены путем струйного вяжущего распыления керамических порошковых материалов, их отверждения и спекания в определенных условиях для достижения твердой однородной структуры и погружения их в расплавленную металлическую ванну для заполнения пористости металлом.
Температура спекания печатной керамической детали может повлиять на плотность и объемную долю металлической фазы, а следовательно, на микроструктуру и механические свойства конечной детали .
Время погружения спеченной керамической части в расплавленный металл является еще одним обсуждаемым параметром, который может изменить свойства продуктов, поскольку чем больше спеченных керамических частей удерживается в расплавленном металле, помимо процесса инфильтрации, тем больше металлического материала проникает в керамические частицы и свойства продуктов будут иметь большее сходство с чисто металлическими частями из расплавленного материала .
Эта методология также использовалась при изготовлении металлических композитов.
В одном из исследований было показано, что толщина слоя печатаемой детали оказывает решающее влияние на различные свойства конечной детали, изменяя микроструктуру и химический состав продукта.