Mokslininkai sistemingai tyrė lydinio sudėties poveikį mikrostruktūrų spausdinimui ir kietėjimui, kad geriau suprastų, kaip lydinio sudėtis, proceso kintamieji ir termodinamika paveikė papildomai pagamintas dalis. Atlikdami 3D spausdinimo eksperimentus, jie apibrėžė lydinio chemiją ir proceso parametrus, reikalingus optimizuoti lydinio savybes ir spausdinti aukščiausios kokybės, identiškas dalis mikroskalėje. Naudodami mašininį mokymąsi, jie sukūrė formulę, kurią galima naudoti su bet kokio tipo lydiniais, kad būtų išvengta nevienodumo.
Teksaso A&M mokslininkų sukurtas naujas metodas optimizuoja lydinio savybes ir proceso parametrus, kad būtų sukurtos puikios 3D spausdintos metalinės dalys. Čia parodyta tyrime naudoto nikelio miltelių lydinio spalvota elektroninė mikrografija. Raiyano Seede sutikimu.
Teksaso A&M mokslininkų sukurtas naujas metodas optimizuoja lydinio savybes ir proceso parametrus, kad būtų sukurtos puikios 3D spausdintos metalinės dalys. Čia parodyta tyrime naudoto nikelio miltelių lydinio spalvota elektroninė mikrografija. Raiyano Seede sutikimu.

Legiruotų metalų milteliuose, naudojamuose priedų gamybai, gali būti įvairių koncentracijų metalų, tokių kaip nikelis, aliuminis ir magnis, mišinys. Atliekant 3D spausdinimą lazerio sluoksnio miltelių suliejimo būdu, šie milteliai greitai atvėsta po to, kai juos pašildo lazerio spinduliu. Skirtingi lydinio milteliuose esantys metalai turi skirtingas aušinimo savybes ir kietėja skirtingu greičiu. Dėl šio nenuoseklumo gali atsirasti mikroskopinių trūkumų arba mikrosegregacijos.

„Kai lydinio milteliai atvėsta, atskiri metalai gali nusodinti“, – sakė tyrėjas Raiyanas Seede. „Įsivaizduokite, kad į vandenį pilate druskos. Kai druskos kiekis mažas, ji iš karto ištirpsta, tačiau pilant daugiau druskos, netirpstančios perteklinės druskos dalelės pradeda iškristi kristalų pavidalu. Iš esmės taip nutinka mūsų metalų lydiniuose, kai po spausdinimo jie greitai atvėsta. Seede teigė, kad šis defektas atrodo kaip mažytės kišenės, kuriose yra šiek tiek kitokia metalinių sudedamųjų dalių koncentracija nei kitose spausdintos dalies vietose.

Mokslininkai ištyrė keturių dvejetainių nikelio lydinių kietėjimo mikrostruktūras. Eksperimentuose jie ištyrė kiekvieno lydinio fizinę fazę skirtingose ​​​​temperatūrose ir didėjant kito metalo koncentracijai nikelio lydinyje. Naudodami išsamias fazių diagramas, mokslininkai nustatė kiekvieno lydinio cheminę sudėtį, kuri sukeltų mažiausią mikrosegregaciją priedų gamybos metu.

Tada tyrėjai išlydė vieną lydinio metalo miltelių takelį skirtingais lazerio nustatymais ir nustatė lazerio miltelių sluoksnio lydymosi proceso parametrus, kurie užtikrintų neakytas dalis.
Vieno lazerinio skenavimo nikelio ir cinko lydinio skerspjūvio skenuojamojo elektroninio mikroskopo vaizdas. Čia tamsios, daug nikelio turinčios fazės sujungia šviesesnes fazes su vienoda mikrostruktūra. Lydymosi baseino struktūroje taip pat galima pastebėti poras. Raiyano Seede sutikimu.
Vieno lazerinio skenavimo nikelio ir cinko lydinio skerspjūvio skenuojamojo elektroninio mikroskopo vaizdas. Tamsios, daug nikelio turinčios fazės sujungia šviesesnes fazes su vienoda mikrostruktūra. Lydymosi baseino struktūroje taip pat galima pastebėti poras. Raiyano Seede sutikimu.

Informacija, gauta iš fazių diagramų, kartu su vieno takelio eksperimentų rezultatais, suteikė komandai išsamią lazerio nustatymų ir nikelio pagrindu pagamintų lydinių kompozicijų analizę, kuri galėtų duoti spausdintą be poringumo dalį be mikrosegregacijos.

Toliau mokslininkai apmokė mašininio mokymosi modelius, kad nustatytų vieno takelio eksperimentinių duomenų ir fazių diagramų modelius, kad sukurtų mikrosegregacijos lygtį, kurią būtų galima naudoti su bet kokiu lydiniu. Seede teigė, kad lygtis yra skirta numatyti segregacijos mastą, atsižvelgiant į lydinio kietėjimo diapazoną ir medžiagos savybes bei lazerio galią ir greitį.

„Mes gilinamės į lydinių mikrostruktūros tobulinimą, kad būtų galima geriau kontroliuoti galutinio atspausdinto objekto savybes daug smulkesniu mastu nei anksčiau“, - sakė Seede.

Didėjant lydinių naudojimui AM, didės iššūkiai spausdinant dalis, kurios atitinka arba viršija gamybos kokybės standartus. Teksaso A&M tyrimas leis gamintojams optimizuoti lydinio chemiją ir proceso parametrus, kad lydiniai būtų sukurti specialiai priedų gamybai, o gamintojai galėtų kontroliuoti mikrostruktūras vietoje.

„Mūsų metodika palengvina sėkmingą įvairių kompozicijų lydinių naudojimą priedų gamyboje, nesijaudinant dėl ​​defektų, net ir mikroskalėje“, – sakė profesorius Ibrahimas Karamanas. "Šis darbas bus labai naudingas aviacijos, automobilių ir gynybos pramonei, kuri nuolat ieško geresnių būdų, kaip gaminti pasirinktines metalines dalis."

Profesorius Raymundo Arroyavé ir profesorius Alaa Elwany, kurie bendradarbiavo su Seede ir Karaman atliekant tyrimą, teigė, kad pramonės šakos gali lengvai pritaikyti metodiką, kad būtų sukurtos tvirtos, be defektų dalys su pasirinktu lydiniu.