رفتن به نوشته‌ها

مقاله تحقیقاتی جدید پرینت سه بعدی مس و فولاد را در همان شغل بررسی می کند « Fabbaloo


برنز و فولاد در همان فلز چاپ سه بعدی [Source: ScienceDirect]

یک مقاله تحقیقاتی جدید روشی برای پرینت سه بعدی مس و فولاد در یک کار توصیف می کند.

در حال حاضر گزینه های پرینت سه بعدی فلزی زیادی در بازار و چندین فرآیند چاپ سه بعدی مختلف وجود دارد. یکی از آنها DED است که در آن مواد از طریق یک هد چاپ مجهز به لیزر ارسال می شود تا فوراً مواد را ذوب کند. گاهی اوقات این کار با سیم فلزی انجام می شود، اما می توان آن را با پودر فلز نیز انجام داد، که فرم مورد استفاده این مقاله تحقیقاتی است.

مقاله با عنوان «ویژگی‌های مکانیکی ساختارهای ساندویچی رسوب‌شده با لیزر و آلیاژهای شبه همگن سیستم Fe-Cu» به بررسی روش‌های غلبه بر یک مشکل پایدار در چاپ سه بعدی فلزی می‌پردازد: آلیاژها.

آلیاژها فوق‌العاده مهم هستند، زیرا به آنها اجازه می‌دهد تا خواص مختلف را با هم مخلوط کنند تا مواد جدیدی را ایجاد کنند که به بهترین وجه با یک کاربرد مطابقت دارند. اغلب آلیاژها قبل از کار چاپ آماده می شوند و به سادگی به عنوان یک ماده همگن در اختیار چاپگر سه بعدی قرار می گیرند.

اما گاهی اوقات نمی توانید این کار را انجام دهید. به عنوان مثال، مس و آهن واقعاً خوب با هم مخلوط نمی شوند زیرا دمای ذوب آنها به شدت متفاوت است و مس بسیار بازتابنده است، در حالی که آهن اینطور نیست. محققان این مشکل را توضیح می دهند:

به نظر می رسد اتصال مستقیم مس و آهن با استفاده از رسوب فلز لیزری (LMD) غیرقابل تحقق باشد زیرا آنتالپی مثبت قابل توجه و تفاوت معنی داری بین ترمومکانیکی (نقطه ذوب، ضریب جذب تابش لیزر، هدایت حرارتی، انتشار حرارتی، ضریب انبساط حرارتی، مدول الاستیسیته) و ریزساختاری (پارامتر شبکه کریستالی) این مواد. این عوامل منجر به اختلاط محدود مس و آهن شده و منجر به اثرات نامطلوبی مانند شکنندگی ناشی از تشکیل فازهای شکننده، ترک خوردگی شدید مایع شدن و انجماد، گرم شدن بیش از حد مواد با نقطه ذوب پایین تر، تشکیل متمرکز کننده های تنش و کرنش و تنش های حرارتی پسماند.

در اینجا محققان تلاش کردند تا با کنترل مستقیم ترکیب مواد ورودی در طول چاپ، آلیاژهای “شبه همگن” بسازند.

این کار با استفاده از دو قیف پودر جداگانه و کنترل مستقل جریان پودر به نازل انجام شد. محققان در آزمایشات خود از پودرهای برنز و فولاد در هر یک از قیف ها استفاده کردند. آنها با رویکردهای مختلفی برای تعدیل نسبت مواد آزمایش کردند تا ببینند چه اتفاقی افتاده است.

به طور خاص، آنها تلاش کردند:

  • ایجاد یک بخش میانی از یک ماده مکمل بین دو فلز بد رفتار
  • لایه های بسیار نازک متناوب از هر ماده
  • ایجاد یک ” گرادیان ” از مواد که در آن نسبت با افزایش لایه ها به آرامی تغییر می کند

محققان از یک مجموعه رباتیک با دو تغذیه پودر برای تولید سه نوع نمونه فلزی با استفاده از این رویکرد با انواع ترکیبات مختلف پارامترهای چاپ و افزودنی ها استفاده کردند:

  • نمونه غیر گرادیان با نسبت مواد 50-50
  • نمونه غیر گرادیان با 75 درصد برنز
  • نمونه گرادیان با لایه های متناوب برنز و فولاد ضد زنگ

نتایج پاسخ‌های مختلفی را هنگام آزمایش مکانیکی نمونه‌ها نشان داد. با این حال، آنها قطعاً توانستند ساختارهای قابل استفاده ای تولید کنند که برخی از اثرات پیش بینی شده مانند افزایش شکل پذیری و استحکام را نشان می دهد.

با این حال، نمونه ها فقط ابتدای داستان را بیان می کنند، زیرا کاربردهای بالقوه قابل توجهی برای این رویکرد وجود دارد. توضیح می دهند:

علاوه بر این، نه تنها ساختارهای گرادیان مورد توجه ما هستند. آلیاژهای دو فلزی بدون گرادیان Fe-Cu نیز به دلیل تأثیر قابل توجه مس بر خواص مکانیکی فولاد، کاربردهای عملی گسترده ای دارند. به طور خاص، افزایش مقاومت خزشی فولاد آستنیتی کم کربن با افزودن 4 درصد وزنی مس در ساختار آن، همراه با کاهش شکل پذیری مواد امکان پذیر است. استحکام دمایی فولادهای آستنیتی در ناحیه ~650-750 درجه سانتی گراد نیز می تواند با افزودن مس بهبود یابد. علاوه بر این، آلیاژهای دوتایی Fe-Cu از نظر بهبود ضریب جذب تابش لیزر مادون قرمز (و علاوه بر آن، مصرف گرما) برنز با آلیاژ کردن آن با مواد ناخالص فولادی جالب هستند.

مواد برای چاپ سه بعدی همچنان در حال بهبود هستند.

از طریق ScienceDirect



منبع

منتشر شده در اخبار پرینتر و چاپ سه بعدی