قام الباحثون بشكل منهجي بالتحقيق في تأثيرات تكوين السبائك على قابلية الطباعة وتصلب الهياكل المجهرية ، لفهم أفضل لكيفية تأثير تكوين السبيكة ومتغيرات العملية والديناميكا الحرارية على الأجزاء المصنعة بشكل مضاف. من خلال تجارب الطباعة ثلاثية الأبعاد ، حددوا كيمياء السبائك ومعاملات المعالجة المطلوبة لتحسين خصائص السبيكة وطباعة أجزاء متطابقة متفوقة على المستوى المجهري. باستخدام التعلم الآلي ، ابتكروا صيغة يمكن استخدامها مع أي نوع من السبائك للمساعدة في منع عدم التماثل.
طريقة جديدة طورها باحثو Texas A&M تعمل على تحسين خصائص السبائك ومعلمات العملية لإنشاء أجزاء معدنية فائقة الطباعة ثلاثية الأبعاد. يظهر هنا صورة مجهرية إلكترونية ملونة لسبائك مسحوق نيكل مستخدمة في الدراسة. بإذن من Raiyan Seede.
طريقة جديدة طورها باحثو Texas A&M تعمل على تحسين خصائص السبائك ومعلمات العملية لإنشاء أجزاء معدنية فائقة الطباعة ثلاثية الأبعاد. يظهر هنا صورة مجهرية إلكترونية ملونة لسبائك مسحوق نيكل مستخدمة في الدراسة. بإذن من Raiyan Seede.

يمكن أن تحتوي مساحيق المعادن السبائكية المستخدمة في تصنيع المواد المضافة على خليط من المعادن ، مثل النيكل والألمنيوم والمغنيسيوم ، بتركيزات مختلفة. أثناء الطباعة ثلاثية الأبعاد لمسحوق السرير بالليزر ، تبرد هذه المساحيق بسرعة بعد تسخينها بواسطة شعاع الليزر. المعادن المختلفة في مسحوق السبيكة لها خصائص تبريد مختلفة وتتصلب بمعدلات مختلفة. يمكن أن يؤدي هذا التناقض إلى حدوث عيوب مجهرية أو عزل مجهري.

قال الباحث Raiyan Seede: "عندما يبرد مسحوق السبيكة ، يمكن أن تترسب المعادن الفردية". "تخيل صب الملح في الماء. يذوب على الفور عندما تكون كمية الملح صغيرة ، ولكن عندما تصب المزيد من الملح ، تبدأ جزيئات الملح الزائدة التي لا تذوب في الترسب على شكل بلورات. في الأساس ، هذا ما يحدث في السبائك المعدنية لدينا عندما تبرد بسرعة بعد الطباعة. " قال سيد إن هذا العيب يظهر على شكل جيوب صغيرة تحتوي على تركيز مختلف قليلاً من المكونات المعدنية عما هو موجود في مناطق أخرى من الجزء المطبوع.

قام الباحثون بالتحقيق في الهياكل المجهرية للتصلب لأربعة سبائك ثنائية من النيكل. في التجارب ، درسوا المرحلة الفيزيائية لكل سبيكة عند درجات حرارة مختلفة وبتركيزات متزايدة من المعدن الآخر في سبيكة النيكل. باستخدام مخططات الطور التفصيلية ، حدد الباحثون التركيب الكيميائي لكل سبيكة التي من شأنها أن تسبب أقل قدر من التفكك الدقيق أثناء التصنيع الإضافي.

بعد ذلك ، قام الباحثون بصهر مسار واحد من مسحوق المعدن السبائكي في إعدادات ليزر مختلفة وحددوا معلمات عملية دمج طبقة مسحوق الليزر التي من شأنها توفير أجزاء خالية من المسامية.
صورة بالمجهر الإلكتروني لمسح مقطع عرضي واحد بالليزر لسبائك النيكل والزنك. هنا ، تتداخل الأطوار المظلمة الغنية بالنيكل الأطوار الأخف مع بنية مجهرية موحدة. يمكن أيضًا ملاحظة وجود مسام في هيكل حوض السباحة الذائب. بإذن من Raiyan Seede.
صورة بالمجهر الإلكتروني لمسح مقطع عرضي واحد بالليزر لسبائك النيكل والزنك. الأطوار الداكنة الغنية بالنيكل تتداخل مع الأطوار الأخف مع بنية مجهرية موحدة. يمكن أيضًا ملاحظة وجود مسام في هيكل حوض السباحة الذائب. بإذن من Raiyan Seede.

زودت المعلومات التي تم الحصول عليها من مخططات الطور ، جنبًا إلى جنب مع نتائج التجارب أحادية المسار ، الفريق بتحليل شامل لإعدادات الليزر وتركيبات السبائك القائمة على النيكل والتي يمكن أن تنتج جزءًا مطبوعًا خالٍ من المسامية بدون عزل دقيق.

قام الباحثون بعد ذلك بتدريب نماذج التعلم الآلي لتحديد الأنماط في البيانات التجريبية أحادية المسار ومخططات الطور ، لتطوير معادلة للفصل الدقيق يمكن استخدامها مع أي سبيكة. قال Seede إن المعادلة مصممة للتنبؤ بمدى الفصل بالنظر إلى نطاق تصلب السبيكة وخصائص المواد وقوة الليزر وسرعته.

قال Seede: "نأخذ غوصًا عميقًا في ضبط البنية الدقيقة للسبائك بحيث يكون هناك مزيد من التحكم في خصائص الكائن المطبوع النهائي على نطاق أدق بكثير من ذي قبل".

مع زيادة استخدام السبائك في AM ، تزداد تحديات طباعة الأجزاء التي تلبي أو تتجاوز معايير جودة التصنيع. ستمكّن دراسة Texas A&M الشركات المصنعة من تحسين كيمياء السبائك ومعايير العملية بحيث يمكن تصميم السبائك خصيصًا للتصنيع الإضافي ويمكن للمصنعين التحكم في الهياكل الدقيقة محليًا.

قال البروفيسور إبراهيم كرمان: "منهجيتنا تسهل الاستخدام الناجح للسبائك ذات التركيبات المختلفة لتصنيع المواد المضافة دون القلق من إدخال عيوب ، حتى على المستوى المجهري". "سيكون هذا العمل ذا فائدة كبيرة لصناعات الطيران والسيارات والدفاع التي تبحث باستمرار عن طرق أفضل لبناء الأجزاء المعدنية المخصصة."

قال البروفيسور Raymundo Arroyavé والبروفيسور علاء علواني ، اللذان تعاونا مع Seede و Karaman في البحث ، إنه يمكن بسهولة تكييف المنهجية من قبل الصناعات لبناء أجزاء متينة وخالية من العيوب باستخدام السبائك التي تختارها.