Объявлено о прорыве в 3D-печати металла, который может помочь стимулировать более широкое внедрение

28 марта 202328 мар 2023

188

4 мин

Оглавление

Обращаясь к прошлому, чтобы улучшить печать металлом в будущем
ПОСТAВЬ ЛAЙК И ПОДПИШИCЬ, ЕCЛИ ТEБЕ ИНТEPEСНА ТEМА 3D ПЕЧАТИ!

Одним из самых больших препятствий для широкого внедрения аддитивного производства металлов является то, что все еще есть большие пробелы в понимании того, что происходит с материалом в процессе. В частности, существует несколько инструментов, которые могут показать, что происходит с внутренней структурой различных металлов, когда они расплавляются, а затем затвердевают во время печати. Однако эта проблема может остаться в прошлом. Национальный институт стандартов и технологий (NIST), Королевский технологический институт KTH в Швеции и другие учреждения объявили о прорыве в способности прогнозировать и контролировать характеристики металлических деталей, напечатанных на 3D-принтере. Это может улучшить согласованность технологии, делая ее более целесообразной для крупномасштабного производства.

3D печать и 3D моделирование. Сделаем- обращайтесь!

Это не первый случай, когда NIST проявляет интерес к металлической 3D-печати. Только в прошлом году, вскоре после того, , учреждение выделило около 3,7 миллионов долларов в виде грантов для устранения текущих и будущих барьеров на пути внедрения аддитивного производства металлов. Эти проекты были сосредоточены на решении таких тем, как определение ключевых свойств материалов для контроля качества в AM, а также создание основанных на данных структур для неразрушающей квалификации материалов и деталей AM. Последнее особенно актуально, поскольку AM все чаще используется даже для критически важных приложений в различных секторах. Этот последний прорыв, похоже, работает в том же духе.

Обращаясь к прошлому, чтобы улучшить печать металлом в будущем

Более того, эта новость последовала за другим заявлением НАСА о том, что оно будет продолжать изучать способы улучшения сертификации и квалификации металлических деталей, напечатанных на 3D-принтере. Действительно, эта тенденция назревала давно. Популярность 3D-печати только набирает обороты благодаря ее преимуществам с точки зрения снижения затрат и уменьшения отходов. Но проблемы, связанные с квалификацией и постоянством свойств деталей, затруднили еще более широкое внедрение. NIST надеется, что это открытие может изменить ситуацию, поскольку оно предоставит то, что они считают беспрецедентным уровнем мастерства в области 3D-печати на металле. И для этого они фактически обратились к прошлому.

Ученые знали, что для обеспечения свойств материала необходимо более глубокое понимание того, что происходит во время плавления и охлаждения металла в процессе печати. В частности, им нужно было понять, как скорость охлаждения металла влияет на кристаллическую структуру. Однако оказалось, что это трудно сделать, поскольку затвердевание происходит почти мгновенно, что делает исследование практически невозможным. Чтобы обойти это, исследователи использовали два разных ускорителя частиц, чтобы изучить внутреннюю структуру стали, когда она расплавлялась, а затем затвердевала во время 3D-печати. Мощные рентгеновские лучи, генерируемые ускорителями частиц в усовершенствованном источнике фотонов Аргоннской национальной лаборатории и швейцарском источнике света Института Пола Шеррера. Эти рентгеновские лучи были достаточно мощными, чтобы запечатлеть мимолетные процессы, проверяя скорость температур в диапазоне от десятков тысяч до более чем миллиона кельвинов в секунду.

Затем эти результаты были сопоставлены с вычислительной моделью, разработанной в 80-х годах и описывающей затвердевание сплавов. Этот взгляд в прошлое также не был сделан без причины. Этой модели хорошо доверяют для прогнозирования свойств материалов в традиционных производственных процессах, однако до этого момента не было уверенности, будет ли она применима к аддитивному производству металлов, учитывая быстрые изменения температуры во время печати. Невероятно, но исследователи обнаружили, что то, что они увидели отраженным, было предсказано в модели. Эта модель была надежным инструментом для проектирования материалов в традиционном производстве, и теперь кажется, что ее можно использовать также как поддержку 3D-печати. В пресс-релизе упоминается, что модель, таким образом, может быть использована для информирования ученых и инженеров о необходимых скоростях охлаждения на ранних стадиях затвердевания в процессе печати. Это гарантирует, что в желаемом материале появится оптимальная кристаллическая структура, что сделает 3D-печать на металле в целом более надежной.

Физик из NIST Фан Чжан, соавтор исследования, заключил : “В принципе, если мы сможем контролировать микроструктуру на начальных этапах процесса печати, тогда мы сможем получить желаемые кристаллы и, в конечном счете, определить производительность деталей, изготовленных с добавлением добавок. Модель и экспериментальные данные хорошо согласуются. Когда мы увидели результаты, мы были действительно взволнованы. Если у нас есть данные, мы можем использовать их для проверки моделей. Именно так вы ускоряете широкое внедрение аддитивного производства для промышленного использования ”.