Даследчыкі сістэматычна даследавалі ўплыў складу сплаву на прыдатнасць да друку і зацвярдзенне мікраструктур, каб лепш зразумець, як склад сплаву, зменныя працэсу і тэрмадынаміка ўплываюць на дэталі, вырабленыя адытыўна. З дапамогай эксперыментаў з 3D-друкам яны вызначылі хімічны склад сплаваў і тэхналагічныя параметры, неабходныя для аптымізацыі уласцівасцяў сплаву і друку найлепшых, ідэнтычных дэталяў у мікрамаштабе. Выкарыстоўваючы машыннае навучанне, яны стварылі формулу, якую можна выкарыстоўваць з любым тыпам сплаву, каб прадухіліць неаднароднасць.
Новы метад, распрацаваны даследчыкамі Texas A&M, аптымізуе ўласцівасці сплаву і параметры працэсу для стварэння выдатных металічных дэталяў, надрукаваных на 3D-друку. Тут паказана каляровая электронная мікрафатаграфія нікелевага парашкавага сплаву, які выкарыстоўваўся ў даследаванні. Прадастаўлена Raiyan Seede.
Новы метад, распрацаваны даследчыкамі Texas A&M, аптымізуе ўласцівасці сплаву і параметры працэсу для стварэння выдатных металічных дэталяў, надрукаваных на 3D-друку. Тут паказана каляровая электронная мікрафатаграфія нікелевага парашкавага сплаву, які выкарыстоўваўся ў даследаванні. Прадастаўлена Raiyan Seede.

Парашкі сплаваў металаў, якія выкарыстоўваюцца для адытыўнай вытворчасці, могуць утрымліваць сумесь металаў, такіх як нікель, алюміній і магній, у розных канцэнтрацыях. Падчас 3D-друку з дапамогай лазернага плаўлення парашкі хутка астываюць пасля нагрэву лазерным прамянём. Розныя металы ў парашку сплаву маюць розныя ўласцівасці астуджэння і застываюць з рознай хуткасцю. Гэта неадпаведнасць можа стварыць мікраскапічныя недахопы, або мікрасегрэгацыі.

«Калі парашок сплаву астывае, асобныя металы могуць выпадаць у асадак», - сказаў даследчык Раян Сідэ. «Уявіце, што насыпаеце соль у ваду. Ён раствараецца адразу, калі колькасць солі невялікая, але калі вы насыпаеце больш солі, лішнія часціцы солі, якія не раствараюцца, пачынаюць выпадаць у асадак у выглядзе крышталяў. Па сутнасці, гэта тое, што адбываецца ў нашых металічных сплавах, калі яны хутка астываюць пасля друку». Сідэ сказаў, што гэты дэфект выглядае як малюсенькія кішэні, якія змяшчаюць крыху іншую канцэнтрацыю металічных інгрэдыентаў, чым тая, якая сустракаецца ў іншых частках друкаванай часткі.

Даследчыкі даследавалі мікраструктуры зацвярдзення чатырох бінарных сплаваў на аснове нікелю. У эксперыментах яны вывучалі фізічную фазу кожнага сплаву пры розных тэмпературах і пры павелічэнні канцэнтрацыі іншага металу ў сплаве на аснове нікелю. Выкарыстоўваючы дэталёвыя фазавыя дыяграмы, даследчыкі вызначылі хімічны склад кожнага сплаву, які выклікаў бы найменшую мікрасегрэгацыю падчас адытыўнай вытворчасці.

Далей даследчыкі расплавілі адну дарожку парашка металічнага сплаву пры розных наладах лазера і вызначылі параметры працэсу плаўлення лазернага парашкавага пласта, якія дазволілі б атрымаць дэталі без сітаватасці.
Выява сканавальнага электроннага мікраскопа аднаго лазернага сканавання папярочнага сячэння сплаву нікеля і цынку. Тут цёмныя, багатыя нікелем фазы перамяжоўваюць больш светлыя фазы з аднастайнай мікраструктурай. У структуры басейна расплаву таксама можна назіраць поры. Прадастаўлена Raiyan Seede.
Выява сканавальнага электроннага мікраскопа аднаго лазернага сканавання папярочнага сячэння сплаву нікеля і цынку. Цёмныя, багатыя нікелем фазы перамяжоўваюць больш светлыя фазы з аднастайнай мікраструктурай. У структуры басейна расплаву таксама можна назіраць поры. Прадастаўлена Raiyan Seede.

Інфармацыя, атрыманая з фазавых дыяграм, у спалучэнні з вынікамі эксперыментаў на адной дарожцы, забяспечылі групе ўсебаковы аналіз налад лазера і складаў сплаваў на аснове нікелю, якія маглі б даць друкаваную дэталь без сітаватасці без мікрасегрэгацыі.

Далей даследчыкі навучалі мадэлі машыннага навучання для выяўлення заканамернасцяў у аднадарожных эксперыментальных дадзеных і фазавых дыяграмах, каб распрацаваць раўнанне для мікрасегрэгацыі, якое можна было б выкарыстоўваць з любым сплавам. Сідэ сказаў, што раўнанне прызначана для прагназавання ступені сегрэгацыі, улічваючы дыяпазон зацвярдзення сплаву і ўласцівасці матэрыялу, а таксама магутнасць і хуткасць лазера.

«Мы глыбока паглыбляемся ў тонкую наладу мікраструктуры сплаваў, каб мець большы кантроль над уласцівасцямі канчатковага друкаванага аб'екта ў значна больш тонкім маштабе, чым раней», - сказаў Сідэ.

Па меры павелічэння выкарыстання сплаваў у AM, будуць узнікаць праблемы з друкаваннем дэталяў, якія адпавядаюць або перавышаюць стандарты якасці вытворчасці. Даследаванне Texas A&M дазволіць вытворцам аптымізаваць хімію сплаваў і параметры працэсу, каб сплавы маглі быць распрацаваны спецыяльна для адытыўнай вытворчасці, а вытворцы маглі кантраляваць мікраструктуры на мясцовым узроўні.

«Наша метадалогія палягчае паспяховае выкарыстанне сплаваў рознага складу для адытыўнай вытворчасці без асцярогі пра ўнясенне дэфектаў нават у мікрамаштабе», — сказаў прафесар Ібрагім Караман. «Гэтая праца прынясе вялікую карысць для аэракасмічнай, аўтамабільнай і абароннай прамысловасці, якія ўвесь час шукаюць лепшыя спосабы вырабу металічных дэталяў на заказ».

Прафесар Раймунда Арояве і прафесар Алаа Эльвані, якія супрацоўнічалі з Сідэ і Караманам у даследаванні, сказалі, што метадалогія можа быць лёгка адаптаваная галінамі для стварэння трывалых, без дэфектаў дэталяў з іх сплаву.