Para penyelidik secara sistematik menyiasat kesan komposisi aloi pada kebolehcetakan dan pemejalan mikrostruktur, untuk lebih memahami bagaimana komposisi aloi, pembolehubah proses dan termodinamik mempengaruhi bahagian yang dibuat secara tambahan. Melalui eksperimen pencetakan 3D, mereka mentakrifkan kimia aloi dan parameter proses yang diperlukan untuk mengoptimumkan sifat aloi dan mencetak bahagian unggul dan serupa pada skala mikro. Menggunakan pembelajaran mesin, mereka mencipta formula yang boleh digunakan dengan sebarang jenis aloi untuk membantu mencegah ketidakseragaman.
Kaedah baharu yang dibangunkan oleh penyelidik Texas A&M mengoptimumkan sifat aloi dan parameter proses untuk mencipta bahagian logam cetakan 3D yang unggul. Ditunjukkan di sini ialah mikrograf elektron berwarna bagi aloi serbuk nikel yang digunakan dalam kajian. Dengan hormat dari Raiyan Seede.
Kaedah baharu yang dibangunkan oleh penyelidik Texas A&M mengoptimumkan sifat aloi dan parameter proses untuk mencipta bahagian logam cetakan 3D yang unggul. Ditunjukkan di sini ialah mikrograf elektron berwarna bagi aloi serbuk nikel yang digunakan dalam kajian. Dengan hormat dari Raiyan Seede.

Serbuk logam aloi yang digunakan untuk pembuatan bahan tambahan boleh mengandungi campuran logam, seperti nikel, aluminium, dan magnesium, pada kepekatan yang berbeza. Semasa pencetakan gabungan serbuk katil laser 3D, serbuk ini menyejuk dengan cepat selepas ia dipanaskan oleh pancaran laser. Logam yang berbeza dalam serbuk aloi mempunyai sifat penyejukan yang berbeza dan memejal pada kadar yang berbeza. Ketidakkonsistenan ini boleh mewujudkan kecacatan mikroskopik, atau pengasingan mikro.

"Apabila serbuk aloi menyejuk, logam individu boleh mendakan keluar," kata penyelidik Raiyan Seede. “Bayangkan menuang garam ke dalam air. Ia larut serta-merta apabila jumlah garam adalah sedikit, tetapi apabila anda menuangkan lebih banyak garam, zarah garam yang berlebihan yang tidak larut mula memendakan keluar sebagai kristal. Pada dasarnya, itulah yang berlaku dalam aloi logam kami apabila ia cepat sejuk selepas dicetak.” Seede berkata kecacatan ini kelihatan sebagai poket kecil yang mengandungi kepekatan bahan logam yang sedikit berbeza daripada apa yang terdapat di bahagian lain bahagian bercetak.

Para penyelidik menyiasat struktur mikro pemejalan empat aloi berasaskan nikel binari. Dalam eksperimen, mereka mengkaji fasa fizikal bagi setiap aloi pada suhu yang berbeza dan pada peningkatan kepekatan logam lain dalam aloi berasaskan nikel. Menggunakan gambar rajah fasa terperinci, para penyelidik menentukan komposisi kimia setiap aloi yang akan menyebabkan pengasingan mikro paling sedikit semasa pembuatan aditif.

Seterusnya, penyelidik mencairkan trek tunggal serbuk logam aloi pada tetapan laser yang berbeza dan menentukan parameter proses gabungan katil serbuk laser yang akan menyampaikan bahagian bebas keliangan.
Imej mikroskop elektron pengimbasan bagi keratan rentas imbasan laser tunggal aloi nikel dan zink. Di sini, fasa gelap yang kaya dengan nikel memisahkan fasa yang lebih ringan dengan struktur mikro yang seragam. Satu liang juga boleh diperhatikan dalam struktur kolam cair. Dengan hormat dari Raiyan Seede.
Imej mikroskop elektron pengimbasan bagi keratan rentas imbasan laser tunggal aloi nikel dan zink. Fasa gelap yang kaya dengan nikel memisahkan fasa yang lebih ringan dengan struktur mikro yang seragam. Satu liang juga boleh diperhatikan dalam struktur kolam cair. Dengan hormat dari Raiyan Seede.

Maklumat yang diperoleh daripada rajah fasa, digabungkan dengan keputusan daripada eksperimen trek tunggal, memberikan pasukan analisis komprehensif tentang tetapan laser dan komposisi aloi berasaskan nikel yang boleh menghasilkan bahagian bercetak bebas keliangan tanpa pengasingan mikro.

Para penyelidik seterusnya melatih model pembelajaran mesin untuk mengenal pasti corak dalam data percubaan trek tunggal dan rajah fasa, untuk membangunkan persamaan untuk pengasingan mikro yang boleh digunakan dengan mana-mana aloi. Seede berkata persamaan itu direka bentuk untuk meramalkan sejauh mana pengasingan memandangkan julat pemejalan aloi dan sifat bahan serta kuasa dan kelajuan laser.

"Kami menyelami mendalam untuk memperhalusi struktur mikro aloi supaya terdapat lebih kawalan ke atas sifat objek cetakan akhir pada skala yang lebih halus daripada sebelumnya," kata Seede.

Apabila penggunaan aloi dalam AM meningkat, begitu juga cabaran untuk mencetak bahagian yang memenuhi atau melebihi piawaian kualiti pembuatan. Kajian Texas A&M akan membolehkan pengilang mengoptimumkan kimia aloi dan parameter proses supaya aloi boleh direka khusus untuk pembuatan aditif dan pengilang boleh mengawal struktur mikro tempatan.

"Metodologi kami memudahkan kejayaan penggunaan aloi komposisi yang berbeza untuk pembuatan aditif tanpa kebimbangan memperkenalkan kecacatan, walaupun pada skala mikro," kata profesor Ibrahim Karaman. "Kerja ini akan memberi manfaat besar kepada industri aeroangkasa, automotif dan pertahanan yang sentiasa mencari cara yang lebih baik untuk membina bahagian logam tersuai."

Profesor Raymundo Arroyavé dan profesor Alaa Elwany, yang bekerjasama dengan Seede dan Karaman dalam penyelidikan itu, berkata metodologi itu boleh disesuaikan dengan mudah oleh industri untuk membina bahagian yang kukuh dan bebas kecacatan dengan aloi pilihan mereka.