Istraživači su sistematski istraživali efekte sastava legure na mogućnost štampanja i očvršćavanje mikrostruktura, kako bi bolje razumeli kako sastav legure, varijable procesa i termodinamika utiču na aditivno proizvedene delove. Kroz eksperimente 3D štampanja, definisali su hemiju legure i procesne parametre potrebne za optimizaciju svojstava legure i štampanje superiornih, identičnih delova na mikroskali. Koristeći mašinsko učenje, kreirali su formulu koja se može koristiti sa bilo kojom vrstom legure kako bi se sprečila neuniformnost.
Nova metoda koju su razvili teksaški A&M istraživači optimizuje svojstva legure i procesne parametre za stvaranje vrhunskih 3D štampanih metalnih delova. Ovde je prikazan kolorisani elektronski mikrograf legure nikla u prahu koja se koristi u studiji. Ljubaznošću Raiyan Seedea.
Nova metoda koju su razvili teksaški A&M istraživači optimizuje svojstva legure i procesne parametre za stvaranje vrhunskih 3D štampanih metalnih delova. Ovde je prikazan kolorisani elektronski mikrograf legure nikla u prahu koja se koristi u studiji. Ljubaznošću Raiyan Seedea.

Prahovi legiranih metala koji se koriste za aditivnu proizvodnju mogu sadržati mešavinu metala, kao što su nikl, aluminijum i magnezijum, u različitim koncentracijama. Tokom 3D štampanja fuzionog praha laserskog kreveta, ovi prahovi se brzo hlade nakon što se zagreju laserskim zrakom. Različiti metali u prahu legure imaju različita svojstva hlađenja i očvršćavaju se različitim brzinama. Ova nedoslednost može stvoriti mikroskopske nedostatke ili mikrosegregaciju.

„Kada se prah legure ohladi, pojedinačni metali se mogu istaložiti“, rekao je istraživač Raiyan Seede. „Zamislite da sipate so u vodu. Rastvara se odmah kada je količina soli mala, ali kako sipate više soli, višak soli koji se ne rastvori počinje da se taloži kao kristal. U suštini, to se dešava u našim metalnim legurama kada se brzo ohlade nakon štampanja.” Seede je rekao da se ovaj nedostatak pojavljuje kao sićušni džepovi koji sadrže nešto drugačiju koncentraciju metalnih sastojaka od one koja se nalazi u drugim delovima štampanog dela.

Istraživači su istraživali mikrostrukture očvršćavanja četiri binarne legure na bazi nikla. U eksperimentima su proučavali fizičku fazu za svaku leguru na različitim temperaturama i pri rastućim koncentracijama drugog metala u leguri na bazi nikla. Koristeći detaljne fazne dijagrame, istraživači su odredili hemijski sastav svake legure koja bi izazvala najmanju mikrosegregaciju tokom aditivne proizvodnje.

Zatim su istraživači istopili jedan trag legiranog metalnog praha na različitim laserskim podešavanjima i odredili parametre procesa fuzije sloja laserskog praha koji bi isporučili delove bez poroznosti.
Slika skenirajućeg elektronskog mikroskopa pojedinačnog laserskog skeniranog preseka legure nikla i cinka. Ovde, tamne faze bogate niklom prepliću svetlije faze sa ujednačenom mikrostrukturom. Pore ​​se takođe mogu uočiti u strukturi bazena taline. Ljubaznošću Raiyan Seedea.
Slika skenirajućeg elektronskog mikroskopa pojedinačnog laserskog skeniranog preseka legure nikla i cinka. Tamne faze bogate niklom prepliću svetlije faze sa ujednačenom mikrostrukturom. Pore ​​se takođe mogu uočiti u strukturi bazena taline. Ljubaznošću Raiyan Seedea.

Informacije dobijene iz faznih dijagrama, kombinovane sa rezultatima eksperimenata sa jednom stazom, pružile su timu sveobuhvatnu analizu podešavanja lasera i sastava legura na bazi nikla koji bi mogli da daju štampani deo bez poroznosti bez mikrosegregacije.

Istraživači su zatim obučili modele mašinskog učenja da identifikuju obrasce u eksperimentalnim podacima sa jednim kolosekom i faznim dijagramima, kako bi razvili jednačinu za mikrosegregaciju koja bi se mogla koristiti sa bilo kojom legurom. Seede je rekao da je jednačina dizajnirana da predvidi stepen segregacije s obzirom na opseg očvršćavanja legure i svojstva materijala i snagu i brzinu lasera.

„Duboko se bavimo finim podešavanjem mikrostrukture legura tako da postoji više kontrole nad svojstvima konačnog štampanog objekta na mnogo finijoj skali nego ranije“, rekao je Seede.

Kako se upotreba legura u AM povećava, tako će biti i izazovi za štampanje delova koji ispunjavaju ili prevazilaze standarde kvaliteta proizvodnje. Teksaška A&M studija će omogućiti proizvođačima da optimizuju hemiju legure i procesne parametre tako da legure mogu biti dizajnirane posebno za proizvodnju aditiva i proizvođači mogu da kontrolišu mikrostrukture lokalno.

„Naša metodologija olakšava uspešnu upotrebu legura različitih sastava za aditivnu proizvodnju bez brige o uvođenju defekata, čak i na mikroskali“, rekao je profesor Ibrahim Karaman. „Ovaj rad će biti od velike koristi za vazduhoplovnu, automobilsku i odbrambenu industriju koje stalno traže bolje načine za pravljenje metalnih delova po meri.

Profesor Raymundo Arroyavé i profesor Alaa Elvani, koji su sarađivali sa Seedeom i Karamanom na istraživanju, rekli su da se metodologija može lako prilagoditi od strane industrije kako bi se napravile čvrste delove bez kvarova od legure po izboru.