Ymchwiliodd yr ymchwilwyr yn systematig i effeithiau cyfansoddiad aloi ar argraffadwyedd a solidiad microstrwythurau, er mwyn deall yn well sut roedd cyfansoddiad aloi, newidynnau proses, a thermodynameg yn effeithio ar rannau a weithgynhyrchwyd yn ychwanegyn. Trwy arbrofion argraffu 3D, fe wnaethant ddiffinio'r cemegolion aloi a'r paramedrau proses sy'n ofynnol i optimeiddio priodweddau aloi ac argraffu rhannau uwchraddol, union yr un fath yn y microscale. Gan ddefnyddio dysgu peiriant, fe wnaethant greu fformiwla y gellir ei defnyddio gydag unrhyw fath o aloi i helpu i atal nonuniformity.
Mae dull newydd a ddatblygwyd gan ymchwilwyr A&M Texas yn gwneud y gorau o briodweddau aloi a pharamedrau proses i greu rhannau metel uwchraddol wedi'u hargraffu 3D. Dangosir yma ficrograff electron lliwiedig o aloi powdr nicel a ddefnyddiwyd yn yr astudiaeth. Trwy garedigrwydd Raiyan Seede.
Mae dull newydd a ddatblygwyd gan ymchwilwyr A&M Texas yn gwneud y gorau o briodweddau aloi a pharamedrau proses i greu rhannau metel uwchraddol wedi'u hargraffu 3D. Dangosir yma ficrograff electron lliwiedig o aloi powdr nicel a ddefnyddiwyd yn yr astudiaeth. Trwy garedigrwydd Raiyan Seede.

Gall powdrau metel aloi a ddefnyddir ar gyfer gweithgynhyrchu ychwanegion gynnwys cymysgedd o fetelau, fel nicel, alwminiwm, a magnesiwm, mewn crynodiadau gwahanol. Yn ystod argraffu 3D ymasiad powdr gwely laser, mae'r powdrau hyn yn oeri'n gyflym ar ôl iddynt gael eu cynhesu gan drawst laser. Mae gan y gwahanol fetelau yn y powdr aloi briodweddau oeri gwahanol ac maent yn solidoli ar wahanol gyfraddau. Gall yr anghysondeb hwn greu diffygion microsgopig, neu ficrosegregio.

“Pan fydd y powdr aloi yn oeri, gall y metelau unigol waddodi,” meddai’r ymchwilydd Raiyan Seede. “Dychmygwch arllwys halen mewn dŵr. Mae'n hydoddi ar unwaith pan fydd maint yr halen yn fach, ond wrth i chi arllwys mwy o halen, mae'r gronynnau halen gormodol nad ydyn nhw'n hydoddi yn dechrau gwaddodi fel crisialau. Yn y bôn, dyna sy'n digwydd yn ein aloion metel pan maen nhw'n oeri yn gyflym ar ôl eu hargraffu. " Dywedodd Seede fod y diffyg hwn yn ymddangos fel pocedi bach sy'n cynnwys crynodiad ychydig yn wahanol o'r cynhwysion metel na'r hyn a geir mewn rhannau eraill o'r rhan argraffedig.

Ymchwiliodd yr ymchwilwyr i ficrostrwythurau solidiad pedwar alo deuaidd wedi'u seilio ar nicel. Mewn arbrofion, fe wnaethant astudio'r cyfnod corfforol ar gyfer pob aloi ar dymheredd gwahanol ac ar grynodiadau cynyddol o'r metel arall yn yr aloi wedi'i seilio ar nicel. Gan ddefnyddio diagramau cyfnod manwl, penderfynodd yr ymchwilwyr gyfansoddiad cemegol pob aloi a fyddai'n achosi'r microsegregiad lleiaf wrth weithgynhyrchu ychwanegion.

Nesaf, toddodd yr ymchwilwyr drac sengl o'r powdr metel aloi mewn gwahanol leoliadau laser a phenderfynu ar baramedrau'r broses ymasiad gwely powdr laser a fyddai'n dosbarthu rhannau heb rwysg.
Delwedd sganio microsgop electron o groestoriad sgan laser sengl o aloi nicel a sinc. Yma, mae cyfnodau tywyll, llawn nicel yn cydblethu cyfnodau ysgafnach â microstrwythur unffurf. Gellir gweld pore hefyd yn strwythur y pwll toddi. Trwy garedigrwydd Raiyan Seede.
Delwedd sganio microsgop electron o groestoriad sgan laser sengl o aloi nicel a sinc. Mae cyfnodau tywyll, llawn nicel yn cydblethu cyfnodau ysgafnach â microstrwythur unffurf. Gellir gweld pore hefyd yn strwythur y pwll toddi. Trwy garedigrwydd Raiyan Seede.

Fe wnaeth y wybodaeth a gafwyd o'r diagramau cyfnod, ynghyd â chanlyniadau'r arbrofion un trac, ddarparu dadansoddiad cynhwysfawr i'r tîm o'r gosodiadau laser a chyfansoddiadau aloi wedi'u seilio ar nicel a allai esgor ar ran argraffedig heb mandylledd heb ficrosegiad.

Y tro nesaf hyfforddodd yr ymchwilwyr fodelau dysgu peiriannau i nodi patrymau yn y data arbrofol un trac a'r diagramau cyfnod, i ddatblygu hafaliad ar gyfer microsegregiad y gellid ei ddefnyddio gydag unrhyw aloi. Dywedodd Seede fod yr hafaliad wedi'i gynllunio i ragfynegi maint y gwahanu o ystyried ystod solidiad yr aloi a'i briodweddau materol a phwer a chyflymder laser.

“Rydyn ni'n cymryd plymiadau dwfn i fireinio microstrwythur aloion fel bod mwy o reolaeth dros briodweddau'r gwrthrych printiedig terfynol ar raddfa lawer gwell nag o'r blaen,” meddai Seede.

Wrth i'r defnydd o aloion mewn AC gynyddu, felly hefyd yr heriau i argraffu rhannau sy'n cwrdd neu'n rhagori ar safonau ansawdd gweithgynhyrchu. Bydd astudiaeth A&M Texas yn galluogi gweithgynhyrchwyr i optimeiddio cemeg aloi a pharamedrau proses fel y gellir cynllunio aloion yn benodol ar gyfer gweithgynhyrchu ychwanegion a gall gweithgynhyrchwyr reoli microstrwythurau yn lleol.

“Mae ein methodoleg yn hwyluso’r defnydd llwyddiannus o aloion o wahanol gyfansoddiadau ar gyfer gweithgynhyrchu ychwanegion heb y pryder o gyflwyno diffygion, hyd yn oed yn y microscale,” meddai’r athro Ibrahim Karaman. “Bydd y gwaith hwn o fudd mawr i’r diwydiannau awyrofod, modurol ac amddiffyn sydd bob amser yn chwilio am ffyrdd gwell o adeiladu rhannau metel penodol.”

Dywedodd yr Athro Raymundo Arroyavé a’r athro Alaa Elwany, a gydweithiodd â Seede a Karaman ar yr ymchwil, y gall y fethodoleg gael ei haddasu yn hawdd gan ddiwydiannau i adeiladu rhannau cadarn, di-ddiffyg gyda’u aloi o ddewis.