Istraživači su sustavno istraživali učinke sastava legure na ispis i skrućivanje mikrostruktura, kako bi bolje razumjeli kako sastav legure, procesne varijable i termodinamika utječu na aditivno proizvedene dijelove. Kroz eksperimente 3D ispisa definirali su kemiju legure i procesne parametre potrebne za optimizaciju svojstava legure i ispis superiornih, identičnih dijelova na mikroskali. Koristeći strojno učenje, stvorili su formulu koja se može koristiti s bilo kojom vrstom legure kako bi se spriječila neujednačenost.
Nova metoda koju su razvili istraživači Texas A&M optimizira svojstva legure i procesne parametre za stvaranje vrhunskih 3D ispisanih metalnih dijelova. Ovdje je prikazana kolorizirana elektronska mikrofotografija legure nikla u prahu korištene u studiji. Ljubaznošću Raiyana Seedea.
Nova metoda koju su razvili istraživači Texas A&M optimizira svojstva legure i procesne parametre za stvaranje vrhunskih 3D ispisanih metalnih dijelova. Ovdje je prikazana kolorizirana elektronska mikrofotografija legure nikla u prahu korištene u studiji. Ljubaznošću Raiyana Seedea.

Puderi legiranih metala koji se koriste za aditivnu proizvodnju mogu sadržavati mješavinu metala, kao što su nikal, aluminij i magnezij, u različitim koncentracijama. Tijekom fuzije 3D ispisa s laserskim krevetom, ovi prahovi se brzo hlade nakon što se zagriju laserskom zrakom. Različiti metali u prahu legure imaju različita svojstva hlađenja i skrućuju se različitim brzinama. Ova nedosljednost može stvoriti mikroskopske nedostatke ili mikrosegregaciju.

"Kada se prah legure ohladi, pojedini metali se mogu istaložiti", rekao je istraživač Raiyan Seede. “Zamislite da sipate sol u vodu. Otapa se odmah kada je količina soli mala, ali kako sipate više soli, višak čestica soli koje se ne otapaju počinju se taložiti u obliku kristala. U biti, to se događa u našim metalnim legurama kada se brzo ohlade nakon tiska.” Seede je rekao da se ovaj nedostatak pojavljuje kao maleni džepovi koji sadrže nešto drugačiju koncentraciju metalnih sastojaka od one koja se nalazi u drugim dijelovima tiskanog dijela.

Istraživači su istraživali mikrostrukture skrućivanja četiriju binarnih legura na bazi nikla. U eksperimentima su proučavali fizikalnu fazu za svaku slitinu pri različitim temperaturama i pri rastućim koncentracijama drugog metala u leguri na bazi nikla. Koristeći detaljne fazne dijagrame, istraživači su odredili kemijski sastav svake legure koji bi uzrokovao najmanju mikrosegregaciju tijekom aditivne proizvodnje.

Zatim su istraživači otopili jednu stazu legiranog metalnog praha na različitim postavkama lasera i odredili parametre procesa fuzije sloja laserskog praha koji bi isporučili dijelove bez poroznosti.
Slika s skenirajućim elektronskim mikroskopom jednog laserskog skeniranog presjeka legure nikla i cinka. Ovdje se tamne faze bogate niklom isprepliću svjetlije faze s ujednačenom mikrostrukturom. Pora se također može uočiti u strukturi bazena taline. Ljubaznošću Raiyana Seedea.
Slika s skenirajućim elektronskim mikroskopom jednog laserskog skeniranog presjeka legure nikla i cinka. Tamne faze bogate niklom isprepliću svjetlije faze ujednačene mikrostrukture. Pora se također može uočiti u strukturi bazena taline. Ljubaznošću Raiyana Seedea.

Informacije dobivene iz faznih dijagrama, u kombinaciji s rezultatima eksperimenata s jednom stazom, pružile su timu sveobuhvatnu analizu laserskih postavki i sastava legura na bazi nikla koji bi mogli dati otisnuti dio bez poroznosti bez mikrosegregacije.

Istraživači su zatim trenirali modele strojnog učenja kako bi identificirali uzorke u eksperimentalnim podacima s jednim kolosijekom i faznim dijagramima, kako bi razvili jednadžbu za mikrosegregaciju koja bi se mogla koristiti s bilo kojom legurom. Seede je rekao da je jednadžba dizajnirana da predvidi opseg segregacije s obzirom na raspon skrućivanja legure i svojstva materijala te snagu i brzinu lasera.

“Duboko se bavimo finim ugađanjem mikrostrukture legura tako da postoji veća kontrola nad svojstvima konačnog tiskanog predmeta u mnogo finijoj skali nego prije”, rekao je Seede.

Kako se upotreba legura u AM povećava, tako će se pojaviti i izazovi za ispis dijelova koji zadovoljavaju ili premašuju standarde kvalitete proizvodnje. Texas A&M studija će omogućiti proizvođačima da optimiziraju kemiju legure i procesne parametre tako da legure mogu biti dizajnirane posebno za proizvodnju aditiva, a proizvođači mogu kontrolirati mikrostrukture lokalno.

“Naša metodologija olakšava uspješnu upotrebu legura različitih sastava za aditivnu proizvodnju bez brige o uvođenju nedostataka, čak i na mikrorazmjeru”, rekao je profesor Ibrahim Karaman. “Ovaj će posao biti od velike koristi za zrakoplovnu, automobilsku i obrambenu industriju koja stalno traži bolje načine za izradu prilagođenih metalnih dijelova.”

Profesor Raymundo Arroyavé i profesorica Alaa Elwany, koji su surađivali s Seedeom i Karamanom na istraživanju, rekli su da se metodologija može lako prilagoditi od strane industrije za izradu čvrstih dijelova bez grešaka s njihovim legurama po izboru.