Изследователите систематично изследват ефектите на състава на сплавта върху печатаемостта и втвърдяването на микроструктурите, за да разберат по-добре как съставът на сплавта, променливите на процеса и термодинамиката влияят върху адитивно произведените части. Чрез експерименти с 3D печат те определиха химията на сплавта и параметрите на процеса, необходими за оптимизиране на свойствата на сплавта и отпечатване на превъзходни, идентични части в микромащаб. Използвайки машинно обучение, те създадоха формула, която може да се използва с всякакъв вид сплав, за да се предотврати неравномерност.
Нов метод, разработен от изследователи на Texas A&M, оптимизира свойствата на сплавта и параметрите на процеса, за да създаде превъзходни 3D отпечатани метални части. Тук е показана цветна електронна микрофотография на никелова прахообразна сплав, използвана в изследването. С любезното съдействие на Raiyan Seede.
Нов метод, разработен от изследователи на Texas A&M, оптимизира свойствата на сплавта и параметрите на процеса, за да създаде превъзходни 3D отпечатани метални части. Тук е показана цветна електронна микрофотография на никелова прахообразна сплав, използвана в изследването. С любезното съдействие на Raiyan Seede.

Праховете от легирани метали, използвани за адитивно производство, могат да съдържат смес от метали, като никел, алуминий и магнезий, в различни концентрации. По време на 3D отпечатване на прах с лазерно легло, тези прахове се охлаждат бързо, след като се нагреят от лазерен лъч. Различните метали в праха на сплавта имат различни охлаждащи свойства и се втвърдяват с различна скорост. Това несъответствие може да създаде микроскопични недостатъци или микросегрегация.

„Когато прахът на сплавта се охлади, отделните метали могат да се утаят“, каза изследователят Райян Сиде. „Представете си, че изсипвате сол във вода. Разтваря се веднага, когато количеството сол е малко, но когато сипете повече сол, излишните солни частици, които не се разтварят, започват да се утаяват като кристали. По същество това се случва в нашите метални сплави, когато се охлаждат бързо след печат.” Seede каза, че този дефект изглежда като малки джобове, съдържащи малко по-различна концентрация на металните съставки от тази, която се намира в други области на отпечатаната част.

Изследователите изследват микроструктурите на втвърдяване на четири бинарни сплави на базата на никел. В експерименти те изследвали физическата фаза за всяка сплав при различни температури и при нарастващи концентрации на другия метал в сплавта на основата на никел. Използвайки подробни фазови диаграми, изследователите определиха химическия състав на всяка сплав, който би причинил най-малко микросегрегация по време на адитивното производство.

След това изследователите стопиха единична писта на праха от легиран метал при различни настройки на лазера и определиха параметрите на процеса на сливане на лазерния прахов слой, които биха доставили части без порьозност.
Изображение на сканиращ електронен микроскоп на единично лазерно сканирано напречно сечение на никелова и цинкова сплав. Тук тъмните, богати на никел фази преплитат по-светлите фази с еднаква микроструктура. В структурата на басейна на стопилката може да се наблюдава и пора. С любезното съдействие на Raiyan Seede.
Изображение на сканиращ електронен микроскоп на единично лазерно сканирано напречно сечение на никелова и цинкова сплав. Тъмните, богати на никел фази преплитат по-светлите фази с еднаква микроструктура. В структурата на басейна на стопилката може да се наблюдава и пора. С любезното съдействие на Raiyan Seede.

Информацията, получена от фазовите диаграми, комбинирана с резултатите от еднопистовите експерименти, предостави на екипа цялостен анализ на настройките на лазера и съставите на сплавите на базата на никел, които биха могли да доведат до печатна част без порьозност без микросегрегация.

След това изследователите обучиха модели за машинно обучение, за да идентифицират модели в еднопистовите експериментални данни и фазови диаграми, за да разработят уравнение за микросегрегация, което може да се използва с всяка сплав. Seede каза, че уравнението е предназначено да предскаже степента на сегрегация, като се има предвид обхватът на втвърдяване на сплавта и свойствата на материала, както и мощността и скоростта на лазера.

„Ние се потапяме дълбоко в фината настройка на микроструктурата на сплавите, така че да има повече контрол върху свойствата на крайния отпечатан обект в много по-фин мащаб от преди“, каза Seede.

С увеличаването на използването на сплави в AM, ще се появят и предизвикателствата пред печатането на части, които отговарят или надвишават стандартите за качество на производството. Проучването на Texas A&M ще позволи на производителите да оптимизират химията на сплавите и параметрите на процеса, така че сплавите да могат да бъдат проектирани специално за адитивно производство и производителите да контролират микроструктурите на местно ниво.

„Нашата методология улеснява успешното използване на сплави с различен състав за адитивно производство, без да се притеснявате за внасяне на дефекти, дори в микромащаб“, каза професор Ибрахим Караман. „Тази работа ще бъде от голяма полза за аерокосмическата, автомобилната и отбранителната индустрия, които постоянно търсят по-добри начини за изграждане на метални части по поръчка.

Професор Raymundo Arroyavé и професор Alaa Elwany, които си сътрудничиха с Seede и Karaman в изследването, казаха, че методологията може лесно да бъде адаптирана от индустриите за изграждане на здрави части без дефекти с избрана от тях сплав.