მკვლევარებმა სისტემატურად გამოიკვლიეს შენადნობის შემადგენლობის გავლენა მიკროსტრუქტურების ამობეჭდვაზე და გამაგრებაზე, რათა უკეთ გაეგოთ, თუ როგორ იმოქმედა შენადნობის შემადგენლობა, პროცესის ცვლადები და თერმოდინამიკა დანამატებით წარმოებულ ნაწილებზე. 3D ბეჭდვის ექსპერიმენტების საშუალებით მათ განსაზღვრეს შენადნობის ქიმია და პროცესის პარამეტრები, რომლებიც საჭიროა შენადნობის თვისებების ოპტიმიზაციისთვის და მიკროსკალაზე უმაღლესი, იდენტური ნაწილების დასაბეჭდად. მანქანათმცოდნეობის გამოყენებით, მათ შექმნეს ფორმულა, რომელიც შეიძლება გამოყენებულ იქნას ნებისმიერი ტიპის შენადნობით, რათა თავიდან აიცილონ არაერთგვაროვნება.
ტეხასის A&M-ის მკვლევარების მიერ შემუშავებული ახალი მეთოდი ოპტიმიზაციას უკეთებს შენადნობის თვისებებს და პროცესის პარამეტრებს უმაღლესი 3D ბეჭდვითი ლითონის ნაწილების შესაქმნელად. აქ ნაჩვენებია კვლევაში გამოყენებული ნიკელის ფხვნილის შენადნობის ფერადი ელექტრონული მიკროგრაფი. რაიან სედეს თავაზიანობა.
ტეხასის A&M-ის მკვლევარების მიერ შემუშავებული ახალი მეთოდი ოპტიმიზაციას უკეთებს შენადნობის თვისებებს და პროცესის პარამეტრებს უმაღლესი 3D ბეჭდვითი ლითონის ნაწილების შესაქმნელად. აქ ნაჩვენებია კვლევაში გამოყენებული ნიკელის ფხვნილის შენადნობის ფერადი ელექტრონული მიკროგრაფი. რაიან სედეს თავაზიანობა.

შენადნობი ლითონის ფხვნილები, რომლებიც გამოიყენება დანამატების წარმოებისთვის, შეიძლება შეიცავდეს ლითონების ნარევს, როგორიცაა ნიკელი, ალუმინი და მაგნიუმი, სხვადასხვა კონცენტრაციით. ლაზერული საწოლის ფხვნილის შერწყმა 3D ბეჭდვის დროს, ეს ფხვნილები სწრაფად გაცივდებიან ლაზერის სხივით გაცხელების შემდეგ. შენადნობის ფხვნილში შემავალ სხვადასხვა ლითონებს აქვთ სხვადასხვა გაგრილების თვისებები და მყარდება სხვადასხვა სიჩქარით. ამ შეუსაბამობამ შეიძლება შექმნას მიკროსკოპული ხარვეზები, ან მიკროსეგრეგაცია.

„როდესაც შენადნობის ფხვნილი გაცივდება, ცალკეული ლითონები შეიძლება გამოჩნდეს,“ - თქვა მკვლევარმა რაიან სედემ. „წარმოიდგინეთ, წყალში მარილი ასხამთ. ის მაშინვე იხსნება, როდესაც მარილის რაოდენობა მცირეა, მაგრამ რაც უფრო მეტ მარილს ასხამთ, მარილის ზედმეტი ნაწილაკები, რომლებიც არ იშლება, კრისტალების სახით იწყებენ ნალექს. არსებითად, ეს არის ის, რაც ხდება ჩვენს ლითონის შენადნობებში, როდესაც ისინი სწრაფად გაცივდებიან დაბეჭდვის შემდეგ. ” Seede-მ თქვა, რომ ეს დეფექტი ჩანს, როგორც პაწაწინა ჯიბეები, რომლებიც შეიცავს ლითონის ინგრედიენტების ოდნავ განსხვავებულ კონცენტრაციას, ვიდრე ნაბეჭდი ნაწილის სხვა ადგილებში.

მკვლევარებმა გამოიკვლიეს ოთხი ბინარული ნიკელზე დაფუძნებული შენადნობების გამაგრების მიკროსტრუქტურები. ექსპერიმენტებში მათ შეისწავლეს ფიზიკური ფაზა თითოეული შენადნობისთვის სხვადასხვა ტემპერატურაზე და ნიკელზე დაფუძნებულ შენადნობში სხვა ლითონის კონცენტრაციის გაზრდისას. დეტალური ფაზის დიაგრამების გამოყენებით, მკვლევარებმა დაადგინეს თითოეული შენადნობის ქიმიური შემადგენლობა, რომელიც გამოიწვევდა ყველაზე ნაკლებ მიკროსეგრეგაციას დანამატების წარმოების დროს.

შემდეგ, მკვლევარებმა დაადნეს შენადნობი ლითონის ფხვნილის ერთი კვალი სხვადასხვა ლაზერულ პარამეტრებში და დაადგინეს ლაზერული ფხვნილის ფენის შერწყმის პროცესის პარამეტრები, რომლებიც მიიღებდნენ ფოროვან ნაწილებს.
ნიკელის და თუთიის შენადნობის ერთი ლაზერული სკანირების სკანირების ელექტრონული მიკროსკოპის სურათი. აქ მუქი, ნიკელით მდიდარი ფაზები მსუბუქ ფაზებს ერევა ერთიანი მიკროსტრუქტურით. ფორები ასევე შეიძლება შეინიშნოს დნობის აუზის სტრუქტურაში. რაიან სედეს თავაზიანობა.
ნიკელის და თუთიის შენადნობის ერთი ლაზერული სკანირების სკანირების ელექტრონული მიკროსკოპის სურათი. მუქი, ნიკელით მდიდარი ფაზები მსუბუქ ფაზებს ერევა ერთიანი მიკროსტრუქტურით. ფორები ასევე შეიძლება შეინიშნოს დნობის აუზის სტრუქტურაში. რაიან სედეს თავაზიანობა.

ფაზური დიაგრამებიდან მიღებულმა ინფორმაციამ, ერთჯერადი ექსპერიმენტების შედეგებთან ერთად, გუნდს მიაწოდა ლაზერული პარამეტრებისა და ნიკელზე დაფუძნებული შენადნობის კომპოზიციების ყოვლისმომცველი ანალიზი, რომელსაც შეეძლო მიეღო ფორების გარეშე დაბეჭდილი ნაწილი მიკროსეგრეგაციის გარეშე.

მკვლევარებმა შემდეგ მოამზადეს მანქანათმცოდნეობის მოდელები, რათა ამოიცნონ შაბლონები ცალმხრივ ექსპერიმენტულ მონაცემებში და ფაზურ დიაგრამებში, შეიმუშავონ მიკროსეგრეგაციის განტოლება, რომელიც შეიძლება გამოყენებულ იქნას ნებისმიერ შენადნობთან. Seede-მ თქვა, რომ განტოლება შექმნილია იმისათვის, რომ წინასწარ განსაზღვროს სეგრეგაციის მასშტაბი შენადნობის გამაგრების დიაპაზონისა და მასალის თვისებების და ლაზერის სიმძლავრისა და სიჩქარის გათვალისწინებით.

„ჩვენ ღრმად ჩავუღრმავდებით შენადნობების მიკროსტრუქტურის დახვეწას ისე, რომ უფრო მეტი კონტროლი იყოს საბოლოო დაბეჭდილი ობიექტის თვისებებზე ბევრად უფრო დახვეწილი მასშტაბით, ვიდრე ადრე“, - თქვა სეიდმა.

როგორც AM-ში შენადნობების გამოყენება იზრდება, ასევე გაიზრდება გამოწვევები იმ ნაწილების ბეჭდვისთვის, რომლებიც აკმაყოფილებს ან აღემატება წარმოების ხარისხის სტანდარტებს. ტეხასის A&M კვლევა საშუალებას მისცემს მწარმოებლებს ოპტიმიზაცია გაუკეთონ შენადნობის ქიმიას და პროცესის პარამეტრებს ისე, რომ შენადნობები შეიმუშავონ სპეციალურად დანამატების წარმოებისთვის და მწარმოებლებს შეეძლოთ აკონტროლონ მიკროსტრუქტურები ადგილობრივად.

„ჩვენი მეთოდოლოგია აადვილებს სხვადასხვა კომპოზიციის შენადნობების წარმატებულ გამოყენებას დანამატების წარმოებისთვის დეფექტების დანერგვის გარეშე, თუნდაც მიკრომასშტაბში“, - თქვა პროფესორმა იბრაჰიმ კარამანმა. ”ეს სამუშაო დიდ სარგებელს მოუტანს საჰაერო კოსმოსურ, საავტომობილო და თავდაცვის ინდუსტრიებს, რომლებიც მუდმივად ეძებენ უკეთეს გზებს მორგებული ლითონის ნაწილების შესაქმნელად.”

პროფესორმა რაიმუნდო აროიავემ და პროფესორმა ალაა ელვანიმ, რომლებიც თანამშრომლობდნენ Seede-თან და Karaman-თან კვლევაში, თქვეს, რომ მეთოდოლოგია ადვილად შეიძლება ადაპტირდეს ინდუსტრიების მიერ, რათა შექმნან მყარი, დეფექტების გარეშე ნაწილები მათი არჩევანის შენადნობით.