محققان به طور سیستماتیک اثرات ترکیب آلیاژ را بر چاپ پذیری و انجماد ریزساختارها بررسی کردند تا درک بهتری داشته باشند که چگونه ترکیب آلیاژ، متغیرهای فرآیند و ترمودینامیک بر قطعات ساخته شده به صورت افزودنی تأثیر می گذارد. آنها از طریق آزمایش های چاپ سه بعدی، شیمی آلیاژ و پارامترهای فرآیند مورد نیاز برای بهینه سازی خواص آلیاژ و چاپ قطعات برتر و یکسان در مقیاس میکرو را تعریف کردند. آنها با استفاده از یادگیری ماشین فرمولی ایجاد کردند که می تواند با هر نوع آلیاژی برای جلوگیری از عدم یکنواختی استفاده شود.
روش جدیدی که توسط محققان تگزاس A&M ابداع شده است، خواص آلیاژ و پارامترهای فرآیند را برای ایجاد قطعات فلزی برتر با چاپ سه بعدی بهینه می کند. در اینجا یک میکروگراف الکترونی رنگی از یک آلیاژ پودر نیکل استفاده شده در این مطالعه نشان داده شده است. با حسن نیت از رایان سیده.
روش جدیدی که توسط محققان تگزاس A&M ابداع شده است، خواص آلیاژ و پارامترهای فرآیند را برای ایجاد قطعات فلزی برتر با چاپ سه بعدی بهینه می کند. در اینجا یک میکروگراف الکترونی رنگی از یک آلیاژ پودر نیکل استفاده شده در این مطالعه نشان داده شده است. با حسن نیت از رایان سیده.

پودرهای فلزی آلیاژی که برای تولید افزودنی استفاده می شوند می توانند حاوی مخلوطی از فلزات مانند نیکل، آلومینیوم و منیزیم در غلظت های مختلف باشند. در طی پرینت سه بعدی فیوژن پودر بستر لیزری، این پودرها پس از گرم شدن توسط پرتو لیزر به سرعت سرد می شوند. فلزات مختلف در پودر آلیاژ خواص خنک کنندگی متفاوتی دارند و با سرعت های متفاوتی جامد می شوند. این ناهماهنگی می تواند نقص های میکروسکوپی یا تفکیک ریز ایجاد کند.

رایان سیده، محقق، گفت: «هنگامی که پودر آلیاژ سرد می‌شود، تک تک فلزات می‌توانند رسوب کنند. «تصور کنید نمک در آب ریخته اید. هنگامی که مقدار نمک کم است بلافاصله حل می شود، اما با ریختن نمک بیشتر، ذرات نمک اضافی که حل نمی شوند شروع به رسوب به شکل کریستال می کنند. در اصل، این همان چیزی است که در آلیاژهای فلزی ما اتفاق می‌افتد که پس از چاپ به سرعت سرد می‌شوند.» سیده گفت که این نقص به صورت جیب های کوچکی به نظر می رسد که حاوی غلظت کمی متفاوت از اجزای فلزی نسبت به آنچه در قسمت های دیگر قسمت چاپ شده یافت می شود.

محققان ریزساختارهای انجماد چهار آلیاژ دوتایی مبتنی بر نیکل را بررسی کردند. در آزمایش‌ها، آنها فاز فیزیکی هر آلیاژ را در دماهای مختلف و در غلظت‌های فزاینده فلز دیگر در آلیاژ مبتنی بر نیکل مطالعه کردند. محققان با استفاده از نمودارهای فاز دقیق، ترکیب شیمیایی هر آلیاژ را تعیین کردند که کمترین تفکیک ریز را در طول تولید افزودنی ایجاد می کرد.

سپس، محققان یک مسیر واحد از پودر فلز آلیاژی را در تنظیمات مختلف لیزر ذوب کردند و پارامترهای فرآیند همجوشی بستر پودر لیزر را تعیین کردند که قطعات بدون تخلخل را ارائه می‌دهد.
تصویر میکروسکوپ الکترونی روبشی از یک اسکن لیزری مقطعی از یک آلیاژ نیکل و روی. در اینجا، فازهای تیره و غنی از نیکل، فازهای روشن‌تر را با ساختار یکنواخت در هم می‌پیوندند. همچنین می توان منافذی را در ساختار حوضچه مذاب مشاهده کرد. با حسن نیت از رایان سیده.
تصویر میکروسکوپ الکترونی روبشی از یک اسکن لیزری مقطعی از یک آلیاژ نیکل و روی. فازهای تیره و غنی از نیکل، فازهای روشن تر را با ریزساختار یکنواخت در هم می آمیزند. همچنین می توان منافذی را در ساختار حوضچه مذاب مشاهده کرد. با حسن نیت از رایان سیده.

اطلاعات به‌دست‌آمده از نمودارهای فاز، همراه با نتایج حاصل از آزمایش‌های تک مسیر، تجزیه و تحلیل جامعی از تنظیمات لیزر و ترکیبات آلیاژی مبتنی بر نیکل را به تیم ارائه کرد که می‌توانست یک قطعه چاپی بدون تخلخل و بدون ریزجداسازی تولید کند.

محققان سپس مدل‌های یادگیری ماشینی را برای شناسایی الگوها در داده‌های تجربی تک مسیری و نمودارهای فازی آموزش دادند تا معادله‌ای برای تفکیک ریز ایجاد کنند که می‌تواند با هر آلیاژی استفاده شود. سیده گفت که این معادله برای پیش بینی میزان تفکیک با توجه به محدوده انجماد آلیاژ و خواص مواد و قدرت و سرعت لیزر طراحی شده است.

سیده گفت: «ما برای تنظیم دقیق ریزساختار آلیاژها غواصی عمیق انجام می دهیم تا کنترل بیشتری بر روی خواص جسم چاپی نهایی در مقیاسی بسیار ظریف تر از قبل وجود داشته باشد.

همانطور که استفاده از آلیاژها در AM افزایش می‌یابد، چالش‌های مربوط به چاپ قطعاتی که استانداردهای کیفیت تولید را برآورده می‌کنند یا از آن فراتر می‌روند، افزایش می‌یابد. مطالعه A&M تگزاس به تولیدکنندگان امکان می دهد تا پارامترهای شیمی آلیاژ و فرآیند را بهینه کنند تا آلیاژها بتوانند به طور خاص برای تولید افزودنی طراحی شوند و تولیدکنندگان بتوانند ریزساختارها را به صورت محلی کنترل کنند.

پروفسور ابراهیم کارامان گفت: "روش ما استفاده موفقیت آمیز از آلیاژهای ترکیبات مختلف را برای تولید افزودنی بدون نگرانی از ایجاد عیوب، حتی در مقیاس کوچک، آسان می کند." این کار برای صنایع هوافضا، خودروسازی و دفاعی که دائماً به دنبال راه‌های بهتری برای ساخت قطعات فلزی سفارشی هستند، سود زیادی خواهد داشت.»

پروفسور Raymundo Arroyavé و پروفسور Ala Elwany، که با Seede و Karaman در این تحقیق همکاری کردند، گفتند که این روش می تواند به راحتی توسط صنایع برای ساخت قطعات محکم و بدون نقص با آلیاژ انتخابی خود سازگار شود.