Videnskab
 Science >> Videnskab >  >> Kemi

Ny undersøgelse af opløste stoffers transport og størkningsmekanismer i additiv fremstilling

Virkningen af ​​fangst af opløste stoffer på størkningsadfærd og revnemodtagelighed. Skematisk diagram af egenskaberne ved mikrostruktur og segregationsmønster. Kredit:Nature Communications (2023). DOI:10.1038/s41467-023-43563-x

Additiv fremstilling (AM), eller 3D-print, er en hurtigt voksende teknologi med potentiale til at revolutionere mange industrier. AM-dele kan dog være modtagelige for defekter, såsom porøsiteter og revner, hvilket kan begrænse deres ydeevne og pålidelighed.



Forskere ved Queen Mary University of London har i samarbejde med Shanghai Jiao Tong University, Center of Excellence for Advanced Materials og University of Leicester udviklet en beregningsmodel til at afsløre, hvordan opløst stof fangst sker under den hurtige størkningsproces i additiv fremstilling (AM) .

Undersøgelsen, offentliggjort i Nature Communications , giver ny indsigt i transport- og størkningsmekanismerne for opløste stoffer i AM, hvilket kan føre til udvikling af nye materialer og processer til 3D-print.

Opløst stoffangst er et fænomen, der opstår, når opløste elementer er koncentreret i visse områder af en størkningsfront. Dette kan føre til dannelsen af ​​ikke-ligevægtsmikrostrukturer, som kan være skadelige for AM-deles egenskaber.

"Opløsning af fælder er som at tilføje en hemmelig ingrediens til en opskrift," sagde Dr. Chinnapat Panwisawas, tilsvarende forfatter på studiet og lektor i materialer og solidmekanik ved Queen Mary University of London. "Ved at forstå, hvordan opløst stoffangst fungerer, kan vi udvikle nye materialer og processer, der kan føre til stærkere, mere pålidelige og mere komplekse 3D-printede komponenter."

Videoen viser, hvordan varme, væske og opløst stof flettes sammen under smeltning og størkning af metal i en 3D-printproces. Når laseren smelter metallet, flyder den smeltede pool og blandes med det omgivende materiale. Denne bevægelse påvirker, hvordan det opløste stof, eller det opløste stof, fordeler sig jævnt gennem smelten. Videoen fremhæver, hvordan disse faktorer påvirker metallets endelige struktur. Kredit:Nature Communications (2023). DOI:10.1038/s41467-023-43563-x

Forskerne brugte deres beregningsmodel til at undersøge transporten af ​​opløste stoffer, der forekommer under de hurtige og gentagne termiske cyklusser i AM. De fandt ud af, at opfangning af opløst stof fremmes af smeltekonvektion, som fortynder det opdelte opløste stof ved størkningsfronten. Forskerne belyste også mekanismerne for de efterfølgende mikrostrukturelle overgange til ultrafine celler og derefter til grove celler.

Forskerne foreslår, at deres resultater kan bruges til at reducere følsomheden for revner i AM-dele ved at accelerere størkningsprocessen. De mener også, at den detaljerede størkningsvej, de har afsløret, udviser et lovende potentiale for additivt fremstillede "svært-at-printe" superlegeringer og hjælper det fremtidige materialedesign til bedre 3D-printbarhed.

Flere oplysninger: Neng Ren et al., Opløst stoffangst og ikke-ligevægtsmikrostruktur under hurtig størkning af additiv fremstilling, Nature Communications (2023). DOI:10.1038/s41467-023-43563-x

Journaloplysninger: Nature Communications

Leveret af Queen Mary, University of London




Varme artikler