Eliminerer revner i 3-D-printede metalkomponenter

Forskere ved EPFL har udviklet en ny laser 3-D-printteknik til fremstilling af metalkomponenter med hidtil uset modstandsdygtighed over for høje temperaturer, skader og korrosion. Metoden har anvendelser inden for områder lige fra rumfart til kraftgenererende turbiner.

3-D print, også kendt som additiv fremstilling, har revolutioneret den måde, komponenter fremstilles på, sætter nye standarder med hensyn til produktionshastighed, når den geometriske kompleksitet er høj.

Producenter bruger en teknik kendt som selektiv lasersmeltning (SLM) til at 3-D-printe metalkomponenter. Med SLM, en kraftig laser smelter og smelter metallisk pulver sammen, gradvist at bygge en 3D-komponent lag for lag. Eventuelt resterende pulver fjernes ved afslutningen af ​​processen. Men nogle metaller og legeringer kan ikke modstå de høje temperaturvariationer, som SLM involverer, får dem til at revne.

Forskere ved EPFL's Laboratory of Thermomechanical Metallurgy (LMTM), ledet af Roland Logé på Ingeniørskolen, har udviklet en ny metode, der går ud på at anvende en anden laserbehandling med få lags mellemrum i byggefasen. Dette reducerer dramatisk revnedannelse og producerer metalkomponenter med hidtil uset modstandsdygtighed over for høje temperaturer, skader og korrosion.

Den patenterede teknik, udgivet i Additive Manufacturing, kunne bruges til at fremstille nye kraftgenererende turbinevinger eller vigtige flykomponenter, for eksempel.

Chokbølger

Resultaterne taler for sig selv. Forskerne fandt ud af, at teknikken eliminerede op til 95 procent af de revner, der normalt observeres i en nikkel-baseret superlegering. De planlægger nu at anvende metoden på andre revnefølsomme legeringer.

Hvordan virker det?

Forskerne brugte en metode kendt som laser shock peening, eller LSP, at "hele" revner i farten under 3-D-printprocessen. LSP fungerer ved periodisk at dirigere højintensive laserimpulser på den komponent, der er under konstruktion. Den fungerer som en slags højenergi fotonisk "hammer, " sender chokbølger gennem materialet.

Metoden involverer to lasere. Den første smelter de metalliske pulvere og opvarmer det smeltede materiale, mens den anden genererer spændinger i komponenten på målrettede steder for at eliminere revner. "Laser shock peening er normalt forbeholdt overfladebehandlinger, " forklarer Logé. "Men i vores tilfælde, det er blevet en massebehandling, ved, at det fungerer i 3D i selve materialet."

Flere 3-D-printvirksomheder har udtrykt interesse for den nye teknik. "Denne hybride 3-D-printmetode har applikationer, der går langt ud over at eliminere revner, " tilføjer Logé. "Vi er kun lige begyndt at forstå dets fulde potentiale."