دلیل محدودیت بسیار به قطعات به دست آمده مربوط می شود. با توجه به فرآیند چاپ سه بعدی، که معمولا LPBF است که در آن یک لیزر پرقدرت به سرعت بستری از پودر فلز را ذوب می کند، ویژگی های فلز همیشه قابل پیش بینی نیست.
نتیجه بخشی با ریزساختارهایی است که ممکن است الزامات را برآورده کند یا نباشد.
ذرات هنگام برخورد با هدف به صورت اشعه ایکس ظاهر می شوند و با اندازه گیری بازتاب آنها می توان تصاویری از هدف تولید کرد. هدف در این مورد یک Meltpool بود که نشان دهنده فعالیتی بود که در یک چاپگر سه بعدی فلزی LPBF انجام می شود.
«داده‌هایی که محققان جمع‌آوری کردند، فشار و کشش بین دو نوع ساختار بلوری، آستنیت و دلتا فریت را به تصویر می‌کشند، که دومی با ترک خوردگی در قطعات چاپی مرتبط است. از آنجایی که نرخ سرمایش از 1.5 میلیون کلوین (2.7 میلیون درجه فارنهایت) در ثانیه فراتر رفت، آستنیت شروع به تسلط بر رقیب خود کرد. این آستانه بحرانی با آنچه مدل پیش‌بینی کرده بود مطابقت داشت.»
به طور خاص، نرخ های خنک کننده متفاوت با استفاده از این تنظیم نسبتاً گران قیمت مورد بررسی قرار گرفت. نرخ های خنک کننده از ده ها هزار تا یک میلیون کلوین در ثانیه متغیر بود.
پرینت سه بعدی فلزی روشی است که در صنعت رواج بیشتری یافته است، اما همچنان با موانع قابل توجهی مواجه است.
ویژگی‌های کلیدی قطعه، مانند مقاومت حرارتی، استحکام، مقاومت شیمیایی و موارد دیگر، همگی به ساختار میکرو کریستالی فلز در قطعه مربوط می‌شوند. این ریزساختار تا حد زیادی توسط فرآیند خنک سازی هنگام ساخت قطعه تعیین می شود.
در فرآیندهای ساخت سنتی، فرآیندهای خنک‌کننده را می‌توان یکنواخت و قابل پیش‌بینی کرد که منجر به عملکرد قابل پیش‌بینی می‌شود.
NIST یافته ها را توضیح می دهد:
یک مشکل این است که مجموعه بسیار محدودی از مواد ممکن وجود دارد که می توانند توسط پرینترهای سه بعدی فلزی امروزی استفاده شوند، در حالی که هزاران آلیاژ وجود دارد که توسط صنعت در فرآیندهای ساخت سنتی استفاده می شود.
اکنون محققان اسرار پرینت سه بعدی فلزی را با شتاب دهنده های ذرات بررسی کرده اند.
بازرسی ذوب ذوب با اشعه ایکس [Source: Science Direct]
پژوهش جدید تلاش کرد تا مشخص کند که فرآیند خنک‌سازی در یک محیط LPBF چگونه آشکار می‌شود.
این آزمایش ها شامل استفاده از دو شتاب دهنده ذرات مختلف بود. این “سنکروترون ها” آرایش های دایره ای هستند که در آن ذرات به دور و اطراف می چرخند و در طول هر مدار سرعت می گیرند. در نهایت آنها به صورت مغناطیسی از مدار خارج می شوند تا به هدف ضربه بزنند. دو تأسیسات درگیر منبع فوتون پیشرفته آزمایشگاه ملی آرگون و منبع نور سوئیس مؤسسه پل شرر بودند.
با این حال، شرایط حرارتی در چاپ سه بعدی فلزی LPBF بسیار شدید است. در حالی که لیزر حوضچه ذوب را منفجر می کند، دما به طور قابل توجهی بالاتر از مناطق اطراف است. سپس لیزر دور می شود و خنک سازی صورت می گیرد. اما سپس لیزر دوباره روی لایه بعدی ظاهر می شود و افزایش و کاهش قابل توجه دما را ایجاد می کند.
محققان می‌خواستند نتایج فرآیند افزودنی را با مدل‌های خنک‌کننده سنتی که در صنعت به خوبی درک شده‌اند، مقایسه کنند.
تحقیقات از این نوع در نهایت منجر به پرینت سه بعدی فلزی با تنظیم دقیق تر می شود، که وسیله ای برای تولید آسان تر قطعات قابل اعتماد که الزامات مهندسی را برآورده می کند، فراهم می کند. این تنها به معنای افزایش استفاده از پرینت سه بعدی فلزی در دراز مدت خواهد بود.
