Raziskovalci so sistematično raziskali učinke sestave zlitine na tiskanje in strjevanje mikrostruktur, da bi bolje razumeli, kako sestava zlitine, procesne spremenljivke in termodinamika vplivajo na aditivno izdelane dele. S poskusi 3D-tiskanja so definirali kemijo zlitin in procesne parametre, ki so potrebni za optimizacijo lastnosti zlitine in tiskanje vrhunskih, identičnih delov na mikroskali. Z uporabo strojnega učenja so ustvarili formulo, ki jo je mogoče uporabiti s katero koli vrsto zlitine, da bi preprečili neenakomernost.
Nova metoda, ki so jo razvili raziskovalci Texas A&M, optimizira lastnosti zlitin in procesne parametre za ustvarjanje vrhunskih kovinskih delov, natisnjenih s 3D. Tukaj je prikazana barvna elektronska mikrofotografija zlitine niklja v prahu, uporabljene v študiji. Z dovoljenjem Raiyan Seede.
Nova metoda, ki so jo razvili raziskovalci Texas A&M, optimizira lastnosti zlitin in procesne parametre za ustvarjanje vrhunskih kovinskih delov, natisnjenih s 3D. Tukaj je prikazana barvna elektronska mikrofotografija zlitine niklja v prahu, uporabljene v študiji. Z dovoljenjem Raiyan Seede.

Praški legiranih kovin, ki se uporabljajo za aditivno proizvodnjo, lahko vsebujejo mešanico kovin, kot so nikelj, aluminij in magnezij, v različnih koncentracijah. Med fuzijskim 3D tiskanjem z lasersko posteljo se ti praški hitro ohladijo, potem ko jih segreje laserski žarek. Različne kovine v prahu zlitine imajo različne hladilne lastnosti in se strdijo z različnimi hitrostmi. Ta nedoslednost lahko povzroči mikroskopske napake ali mikrosegregacijo.

"Ko se prah zlitine ohladi, se lahko posamezne kovine oborijo," je dejal raziskovalec Raiyan Seede. »Predstavljajte si, da nalijete sol v vodo. Takoj se raztopi, ko je količina soli majhna, a ko vlijete več soli, se odvečni delci soli, ki se ne raztopijo, začnejo obarjati kot kristali. V bistvu se to dogaja v naših kovinskih zlitinah, ko se po tiskanju hitro ohladijo.« Seede je dejal, da je ta napaka videti kot drobni žepki, ki vsebujejo nekoliko drugačno koncentracijo kovinskih sestavin od tiste, ki jo najdemo na drugih področjih natisnjenega dela.

Raziskovalci so raziskali mikrostrukture strjevanja štirih binarnih zlitin na osnovi niklja. V poskusih so preučevali fizično fazo za vsako zlitino pri različnih temperaturah in pri naraščajočih koncentracijah druge kovine v zlitini na osnovi niklja. Z uporabo podrobnih faznih diagramov so raziskovalci določili kemično sestavo vsake zlitine, ki bi povzročila najmanj mikrosegregacije med aditivno proizvodnjo.

Nato so raziskovalci stopili en sam tir prahu zlitine kovine pri različnih nastavitvah laserja in določili parametre procesa fuzije laserskega prahu, ki bi zagotovili dele brez poroznosti.
Slika skenirnega elektronskega mikroskopa enega samega laserskega prereza zlitine niklja in cinka. Tukaj temne, z nikljem bogate faze prepletajo svetlejše faze z enotno mikrostrukturo. V strukturi bazena taline je mogoče opaziti tudi pore. Z dovoljenjem Raiyan Seede.
Slika skenirnega elektronskega mikroskopa enega samega laserskega prereza zlitine niklja in cinka. Temne, z nikljem bogate faze prepletajo svetlejše faze z enakomerno mikrostrukturo. V strukturi bazena taline je mogoče opaziti tudi pore. Z dovoljenjem Raiyan Seede.

Informacije, pridobljene iz faznih diagramov, v kombinaciji z rezultati enoslednih eksperimentov, so ekipi zagotovile celovito analizo laserskih nastavitev in sestavov zlitin na osnovi niklja, ki bi lahko dale natisnjeni del brez poroznosti brez mikrosegregacije.

Raziskovalci so nato usposobili modele strojnega učenja za prepoznavanje vzorcev v enoslednih eksperimentalnih podatkih in faznih diagramih, da bi razvili enačbo za mikrosegregacijo, ki bi jo lahko uporabili s katero koli zlitino. Seede je dejal, da je enačba zasnovana za napovedovanje obsega segregacije glede na območje strjevanja zlitine in lastnosti materiala ter moč in hitrost laserja.

"Poglobljeno se poglobimo v fino nastavitev mikrostrukture zlitin, tako da je več nadzora nad lastnostmi končnega natisnjenega predmeta v veliko natančnejšem merilu kot prej," je dejal Seede.

Z večanjem uporabe zlitin v AM se bodo pojavljali tudi izzivi pri tiskanju delov, ki izpolnjujejo ali presegajo standarde kakovosti proizvodnje. Študija Texas A&M bo proizvajalcem omogočila optimizacijo kemije zlitin in procesnih parametrov, tako da bodo zlitine lahko zasnovane posebej za proizvodnjo aditivov, proizvajalci pa lahko lokalno nadzorujejo mikrostrukture.

"Naša metodologija olajša uspešno uporabo zlitin različnih sestav za aditivno proizvodnjo brez skrbi za vnašanje napak, tudi v mikroskali," je dejal profesor Ibrahim Karaman. "To delo bo zelo koristilo letalski, avtomobilski in obrambni industriji, ki nenehno iščejo boljše načine za izdelavo kovinskih delov po meri."

Profesor Raymundo Arroyavé in profesor Alaa Elwany, ki sta sodelovala s Seedejem in Karamanom pri raziskavi, sta povedala, da lahko industrije zlahka prilagodijo metodologijo za izdelavo trdnih delov brez napak z njihovo izbrano zlitino.