मिश्रधातूची रचना, प्रक्रिया व्हेरिएबल्स आणि थर्मोडायनामिक्सचा अतिरिक्तपणे उत्पादित भागांवर कसा परिणाम होतो हे चांगल्या प्रकारे समजून घेण्यासाठी, संशोधकांनी सूक्ष्म रचनांच्या मुद्रणक्षमतेवर आणि घनतेवर मिश्रधातूच्या रचनेच्या प्रभावांची पद्धतशीरपणे तपासणी केली. 3D-प्रिंटिंग प्रयोगांद्वारे, त्यांनी मिश्रधातूच्या गुणधर्मांना ऑप्टिमाइझ करण्यासाठी आणि मायक्रोस्केलवर उत्कृष्ट, समान भाग मुद्रित करण्यासाठी आवश्यक मिश्रधातू रसायनशास्त्र आणि प्रक्रिया पॅरामीटर्स परिभाषित केले. मशीन लर्निंगचा वापर करून, त्यांनी एक फॉर्म्युला तयार केला जो कोणत्याही प्रकारच्या मिश्रधातूसह वापरला जाऊ शकतो जेणेकरुन एकसमानता टाळण्यासाठी मदत होईल.
टेक्सास A&M संशोधकांनी विकसित केलेली नवीन पद्धत मिश्र धातुचे गुणधर्म आणि प्रक्रिया पॅरामीटर्स उत्तम 3D-मुद्रित धातूचे भाग तयार करण्यासाठी अनुकूल करते. अभ्यासात वापरलेल्या निकेल पावडर मिश्र धातुचा रंगीत इलेक्ट्रॉन मायक्रोग्राफ येथे दर्शविला आहे. रायन सीडे यांच्या सौजन्याने.
टेक्सास A&M संशोधकांनी विकसित केलेली नवीन पद्धत मिश्र धातुचे गुणधर्म आणि प्रक्रिया पॅरामीटर्स उत्तम 3D-मुद्रित धातूचे भाग तयार करण्यासाठी अनुकूल करते. अभ्यासात वापरलेल्या निकेल पावडर मिश्र धातुचा रंगीत इलेक्ट्रॉन मायक्रोग्राफ येथे दर्शविला आहे. रायन सीडे यांच्या सौजन्याने.

अॅडिटीव्ह मॅन्युफॅक्चरिंगसाठी वापरल्या जाणार्‍या मिश्र धातुच्या पावडरमध्ये निकेल, अॅल्युमिनियम आणि मॅग्नेशियम सारख्या धातूंचे मिश्रण वेगवेगळ्या प्रमाणात असू शकते. लेझर बेड पावडर फ्यूजन 3D प्रिंटिंग दरम्यान, हे पावडर लेसर बीमने गरम केल्यानंतर ते वेगाने थंड होतात. मिश्रधातूच्या पावडरमधील वेगवेगळ्या धातूंमध्ये भिन्न थंड गुणधर्म असतात आणि ते वेगवेगळ्या दराने घनरूप होतात. ही विसंगती सूक्ष्म दोष किंवा मायक्रोसेग्रीगेशन तयार करू शकते.

"जेव्हा मिश्रधातूची पावडर थंड होते, तेव्हा वैयक्तिक धातू बाहेर पडू शकतात," संशोधक रायन सीडे म्हणाले. “पाण्यात मीठ ओतण्याची कल्पना करा. मिठाचे प्रमाण कमी असताना ते लगेच विरघळते, परंतु तुम्ही जसजसे जास्त मीठ टाकता, विरघळत नसलेले जास्तीचे मीठ कण क्रिस्टल्स म्हणून बाहेर पडू लागतात. थोडक्यात, आमच्या धातूच्या मिश्रधातूंमध्ये तेच घडते जेव्हा ते मुद्रणानंतर लवकर थंड होतात.” सीडे म्हणाले की हा दोष मुद्रित भागाच्या इतर भागांपेक्षा धातूच्या घटकांची थोडी वेगळी एकाग्रता असलेल्या लहान खिशात दिसून येतो.

संशोधकांनी चार बायनरी निकेल-आधारित मिश्र धातुंच्या घनीकरण मायक्रोस्ट्रक्चरची तपासणी केली. प्रयोगांमध्ये, त्यांनी वेगवेगळ्या तापमानात आणि निकेल-आधारित मिश्रधातूमधील इतर धातूंच्या वाढत्या एकाग्रतेवर प्रत्येक मिश्रधातूच्या भौतिक टप्प्याचा अभ्यास केला. तपशीलवार फेज आकृती वापरून, संशोधकांनी प्रत्येक मिश्रधातूची रासायनिक रचना निर्धारित केली ज्यामुळे अॅडिटीव्ह मॅन्युफॅक्चरिंग दरम्यान कमीत कमी मायक्रोसेग्रीगेशन होईल.

पुढे, संशोधकांनी वेगवेगळ्या लेसर सेटिंग्जमध्ये मिश्र धातुच्या पावडरचा एकच ट्रॅक वितळवला आणि लेसर पावडर बेड फ्यूजन प्रक्रिया पॅरामीटर्स निर्धारित केले जे पोरोसिटी-मुक्त भाग वितरीत करतील.
निकेल आणि झिंक मिश्र धातुच्या सिंगल लेसर स्कॅन क्रॉस-सेक्शनची स्कॅनिंग इलेक्ट्रॉन मायक्रोस्कोप प्रतिमा. येथे, गडद, ​​निकेल-समृद्ध टप्पे एकसमान मायक्रोस्ट्रक्चरसह फिकट टप्पे एकमेकांना देतात. वितळलेल्या तलावाच्या संरचनेत एक छिद्र देखील पाहिले जाऊ शकते. रायन सीडे यांच्या सौजन्याने.
निकेल आणि झिंक मिश्र धातुच्या सिंगल लेसर स्कॅन क्रॉस-सेक्शनची स्कॅनिंग इलेक्ट्रॉन मायक्रोस्कोप प्रतिमा. गडद, निकेल-समृद्ध टप्पे एकसमान मायक्रोस्ट्रक्चरसह फिकट टप्पे एकमेकांना देतात. वितळलेल्या तलावाच्या संरचनेत एक छिद्र देखील पाहिले जाऊ शकते. रायन सीडे यांच्या सौजन्याने.

फेज डायग्राममधून मिळालेल्या माहितीने, सिंगल-ट्रॅक प्रयोगांच्या परिणामांसह एकत्रितपणे, टीमला लेसर सेटिंग्ज आणि निकेल-आधारित मिश्र धातुंच्या रचनांचे सर्वसमावेशक विश्लेषण प्रदान केले जे सूक्ष्म विभाजनाशिवाय छिद्र-मुक्त मुद्रित भाग मिळवू शकतात.

संशोधकांनी पुढील मशीन-लर्निंग मॉडेल्सना सिंगल-ट्रॅक प्रायोगिक डेटा आणि फेज डायग्राममधील पॅटर्न ओळखण्यासाठी प्रशिक्षित केले, मायक्रोसेग्रेगेशनसाठी समीकरण विकसित केले जे कोणत्याही मिश्रधातूसह वापरले जाऊ शकते. सीडे म्हणाले की मिश्रधातूची घनता श्रेणी आणि भौतिक गुणधर्म आणि लेसरची शक्ती आणि वेग लक्षात घेऊन हे समीकरण किती प्रमाणात वेगळे केले जाते याचा अंदाज लावण्यासाठी डिझाइन केले आहे.

“आम्ही मिश्रधातूंच्या मायक्रोस्ट्रक्चरला बारीक-ट्युनिंग करण्यासाठी सखोल शोध घेतो जेणेकरुन अंतिम मुद्रित वस्तूच्या गुणधर्मांवर पूर्वीपेक्षा अधिक सूक्ष्म प्रमाणात नियंत्रण ठेवता येईल,” सीडे म्हणाले.

AM मधील मिश्रधातूंचा वापर जसजसा वाढत जाईल, तसतसे उत्पादनाच्या गुणवत्तेच्या मानकांची पूर्तता करणारे किंवा त्यापेक्षा जास्त भाग छापण्याचे आव्हानही वाढेल. टेक्सास A&M अभ्यास उत्पादकांना मिश्रधातूचे रसायनशास्त्र आणि प्रक्रिया पॅरामीटर्स ऑप्टिमाइझ करण्यास सक्षम करेल जेणेकरुन मिश्रधातू विशेषत: मिश्रित उत्पादनासाठी डिझाइन केले जाऊ शकतील आणि उत्पादक स्थानिक पातळीवर मायक्रोस्ट्रक्चर नियंत्रित करू शकतील.

प्रोफेसर इब्राहिम करमन म्हणाले, “आमची कार्यपद्धती मायक्रोस्केलवरही दोष निर्माण करण्याची चिंता न करता विविध रचनांच्या मिश्रधातूंचा यशस्वी वापर सुलभ करते. "हे काम एरोस्पेस, ऑटोमोटिव्ह आणि संरक्षण उद्योगांना खूप फायदेशीर ठरेल जे सतत सानुकूल धातूचे भाग तयार करण्याचे चांगले मार्ग शोधत असतात."

प्रोफेसर रेमुंडो अॅरोयावे आणि प्रोफेसर अला एल्वानी, ज्यांनी संशोधनावर सीडे आणि करामन यांच्यासोबत सहकार्य केले, म्हणाले की, उद्योगांना त्यांच्या आवडीच्या मिश्रधातूसह मजबूत, दोषमुक्त भाग तयार करण्यासाठी या पद्धतीचा सहजपणे स्वीकार केला जाऊ शकतो.