Genopfindelse af 3D-print i metal med ny direkte skriveproces

Metal 3D-print har et enormt potentiale for at revolutionere moderne fremstilling. Imidlertid, de mest populære metaludskrivningsprocesser, som bruger lasere til at smelte fint metalpulver sammen, har deres begrænsninger. Dele produceret ved hjælp af selektiv lasersmeltning (SLM) og andre pulverbaserede metalteknikker ender ofte med huller eller defekter forårsaget af en række faktorer.

For at overvinde ulemperne ved SLM, Lawrence Livermore National Laboratory forskere, sammen med samarbejdspartnere ved Worchester Polytechnic Institute, tager en helt ny tilgang til metal 3D-print med en proces, de kalder direkte metalskrivning, hvor halvfaste metal ekstruderes direkte fra en dyse. Metallet er konstrueret til at være et forskydningsfortyndende materiale, hvilket betyder, at det fungerer som et fast stof, når man står stille, men flyder som en væske, når en kraft påføres. Resultaterne af den igangværende treårige undersøgelse blev offentliggjort i februar i Anvendt fysik bogstaver .

"Vi er på nyt område, "sagde hovedforfatter Wen Chen, en LLNL materialeforsker. "Vi har avanceret en ny metaladditiv fremstillingsteknik, som folk ikke er klar over endnu. Jeg tror, ​​at mange mennesker vil være interesserede i at fortsætte dette arbejde og udvide det til andre legeringer."

I stedet for at starte med metalpulver, den direkte metalskrivningsteknik bruger en barre, der opvarmes, indtil den når en halvfast tilstand-faste metalpartikler er omgivet af et flydende metal, resulterer i en pasta-lignende adfærd, så tvinges den gennem en dyse. Materialet tynder forskydning, fordi, når det er i ro, de faste metalpartikler klumper sig sammen og får strukturen til at være fast. Så snart materialet bevæger sig, eller er i forskydning, de faste partikler brydes op, og systemet fungerer som den flydende matrix. Det hærder, når det afkøles, så der er mindre inkorporeret oxid og mindre restspænding i delen, forklarede forskerne.

Selvom de blev opmuntret af deres succes med at udskrive prøveemner, forskerne advarede om, at metoden stadig er i sine tidlige stadier og vil have brug for mere arbejde for at opnå dele med højere opløsning med mere industrivenlige metaller, såsom aluminium og titanium. I avisen, teamet producerede dele ved hjælp af en vismut-tin-blanding, som har et lavt smeltepunkt på mindre end 300 grader Celsius. Processen tog mange gentagelser for at få det rigtigt, da forskere løb ind i problemet med dendritter - fingre af massivt metal, der ville sidde fast i dysen.

"Hovedproblemet var at få meget stram kontrol over strømmen, "sagde LLNL -ingeniøren Andy Pascall." Du har brug for præcis styring af temperaturen. Hvordan du rører det, hvor hurtigt du rører det, alt gør en forskel. Hvis du kan få flowegenskaberne rigtigt, så har du virkelig noget. Det, vi har gjort, er virkelig at forstå, hvordan materialet flyder gennem dysen. Nu har vi fået så god kontrol, at vi kan udskrive selvbærende strukturer. Det er aldrig blevet gjort før. "

Forskerne sagde, at den seneste undersøgelse vil give nøjagtige driftsbetingelser for udskrivning med metal direkte fra en dyse. De bevæger sig allerede over på aluminiumslegeringer, et metal, der ville være mere attraktivt for industrier som luftfart og transport, men vil give udfordringer på grund af dets højere smeltepunkt.

"Det er potentielt vigtigt at kunne trykke dele ud af metal på denne måde, "sagde personaleforsker Luke Thornley, der arbejdede med at konstruere materialet. "Så meget af det arbejde, der går til validering og analyse for fejl, ville blive elimineret. Vi kan bruge mindre materiale til at lave dele, betyder lettere dele, hvilket ville være stort for rumfart. "