Pētnieki sistemātiski pētīja sakausējuma sastāva ietekmi uz mikrostruktūru apdrukājamību un sacietēšanu, lai labāk izprastu, kā sakausējuma sastāvs, procesa mainīgie un termodinamika ietekmē aditīvi ražotās detaļas. Izmantojot 3D drukāšanas eksperimentus, viņi definēja sakausējuma ķīmiju un procesa parametrus, kas nepieciešami, lai optimizētu sakausējuma īpašības un drukātu izcilas, identiskas detaļas mikromērogā. Izmantojot mašīnmācīšanos, viņi izveidoja formulu, ko var izmantot ar jebkura veida sakausējumiem, lai palīdzētu novērst nevienmērību.
Jaunā metode, ko izstrādājuši Texas A&M pētnieki, optimizē sakausējuma īpašības un procesa parametrus, lai izveidotu izcilas 3D drukātas metāla daļas. Šeit parādīts pētījumā izmantotā niķeļa pulvera sakausējuma krāsains elektronu mikrogrāfs. Ar Raijana Zīda pieklājību.
Jaunā metode, ko izstrādājuši Texas A&M pētnieki, optimizē sakausējuma īpašības un procesa parametrus, lai izveidotu izcilas 3D drukātas metāla daļas. Šeit parādīts pētījumā izmantotā niķeļa pulvera sakausējuma krāsains elektronu mikrogrāfs. Ar Raijana Zīda pieklājību.

Sakausējumu metālu pulveri, ko izmanto piedevu ražošanā, dažādās koncentrācijās var saturēt metālu maisījumus, piemēram, niķeli, alumīniju un magniju. Lāzera gultnes pulvera saplūšanas 3D drukāšanas laikā šie pulveri ātri atdziest pēc tam, kad tie tiek uzkarsēti ar lāzera staru. Dažādiem metāliem sakausējuma pulverī ir atšķirīgas dzesēšanas īpašības un tie sacietē ar dažādu ātrumu. Šī nekonsekvence var radīt mikroskopiskus trūkumus vai mikrosegregāciju.

"Kad sakausējuma pulveris atdziest, atsevišķi metāli var izgulsnēties," sacīja pētnieks Raiyan Seede. “Iedomājieties, ka ielej sāli ūdenī. Tas izšķīst uzreiz, kad sāls daudzums ir mazs, bet, ielejot vairāk sāls, liekās sāls daļiņas, kas nešķīst, sāk izgulsnēties kā kristāli. Būtībā tas notiek mūsu metālu sakausējumos, kad tie pēc drukāšanas ātri atdziest. Seede sacīja, ka šis defekts parādās kā mazas kabatas, kurās ir nedaudz atšķirīga metāla sastāvdaļu koncentrācija nekā citās apdrukātās daļas vietās.

Pētnieki pētīja četru bināro niķeļa sakausējumu sacietēšanas mikrostruktūras. Eksperimentos viņi pētīja katra sakausējuma fizikālo fāzi dažādās temperatūrās un pieaugošā cita metāla koncentrācijā niķeļa sakausējumā. Izmantojot detalizētas fāzes diagrammas, pētnieki noteica katra sakausējuma ķīmisko sastāvu, kas piedevu ražošanas laikā izraisītu vismazāko mikrosegregāciju.

Pēc tam pētnieki izkausēja vienu sakausējuma metāla pulvera celiņu dažādos lāzera iestatījumos un noteica lāzera pulvera slāņa saplūšanas procesa parametrus, kas nodrošinātu detaļas bez porainības.
Skenējošā elektronu mikroskopa attēls no viena niķeļa un cinka sakausējuma lāzerskenēšanas šķērsgriezuma. Šeit tumšās, ar niķeli bagātās fāzes savieno gaišākas fāzes ar vienmērīgu mikrostruktūru. Poru var novērot arī kausējuma baseina struktūrā. Ar Raijana Zīda pieklājību.
Skenējošs elektronu mikroskopa attēls no viena niķeļa un cinka sakausējuma lāzerskenēšanas šķērsgriezuma. Tumšās, ar niķeli bagātās fāzes savieno gaišākas fāzes ar vienmērīgu mikrostruktūru. Poru var novērot arī kausējuma baseina struktūrā. Ar Raijana Zīda pieklājību.

Informācija, kas iegūta no fāzu diagrammām, apvienojumā ar viena sliežu ceļa eksperimentu rezultātiem sniedza komandai visaptverošu lāzera iestatījumu un uz niķeļa bāzes sakausējumu kompozīciju analīzi, kas varētu radīt bezporainību drukātu daļu bez mikrosegregācijas.

Pēc tam pētnieki apmācīja mašīnmācības modeļus, lai identificētu modeļus viena celiņa eksperimentālajos datos un fāzes diagrammās, lai izstrādātu vienādojumu mikrosegregācijai, ko varētu izmantot ar jebkuru sakausējumu. Seede teica, ka vienādojums ir paredzēts, lai prognozētu segregācijas pakāpi, ņemot vērā sakausējuma sacietēšanas diapazonu un materiāla īpašības, kā arī lāzera jaudu un ātrumu.

"Mēs dziļi iedziļināmies sakausējumu mikrostruktūras precizēšanā, lai būtu lielāka kontrole pār gala drukātā objekta īpašībām daudz smalkākā mērogā nekā iepriekš," sacīja Sēde.

Pieaugot sakausējumu izmantošanai AM, pieaugs arī izaicinājumi tādu detaļu drukāšanai, kas atbilst vai pārsniedz ražošanas kvalitātes standartus. Teksasas A&M pētījums ļaus ražotājiem optimizēt sakausējumu ķīmiju un procesa parametrus, lai sakausējumus varētu īpaši izstrādāt piedevu ražošanai un ražotāji varētu kontrolēt mikrostruktūras lokāli.

"Mūsu metodoloģija atvieglo dažādu sastāvu sakausējumu veiksmīgu izmantošanu piedevu ražošanā, neradot defektus pat mikromērogā," sacīja profesors Ibrahims Karamans. "Šis darbs būs liels ieguvums kosmosa, automobiļu un aizsardzības nozarēm, kuras pastāvīgi meklē labākus veidus, kā izgatavot pielāgotas metāla daļas."

Profesors Raymundo Arroyavé un profesors Alaa Elwany, kurš sadarbojās ar Seede un Karaman pētījumā, teica, ka nozares var viegli pielāgot metodiku, lai izveidotu izturīgas, bez defektiem detaļas ar izvēlēto sakausējumu.