Watafiti walichunguza kwa utaratibu athari za muundo wa aloi juu ya uchapishaji na uimarishaji wa miundo midogo, ili kuelewa vyema jinsi muundo wa aloi, anuwai za mchakato, na thermodynamics zilivyoathiri sehemu zilizotengenezwa zaidi. Kupitia majaribio ya uchapishaji wa 3D, walifafanua kemia za aloi na vigezo vya mchakato vinavyohitajika ili kuboresha sifa za aloi na kuchapisha sehemu bora zaidi, zinazofanana kwenye mizani ndogo. Kwa kutumia mashine ya kujifunza, waliunda fomula inayoweza kutumiwa na aina yoyote ya aloi ili kusaidia kuzuia utofauti.
Mbinu mpya iliyoundwa na watafiti wa Texas A&M huboresha sifa za aloi na kuchakata vigezo ili kuunda sehemu bora za chuma zilizochapishwa za 3D. Inayoonyeshwa hapa ni maikrografu ya elektroni yenye rangi ya aloi ya unga wa nikeli iliyotumiwa katika utafiti. Kwa hisani ya Raiyan Seede.
Mbinu mpya iliyoundwa na watafiti wa Texas A&M huboresha sifa za aloi na kuchakata vigezo ili kuunda sehemu bora za chuma zilizochapishwa za 3D. Inayoonyeshwa hapa ni maikrografu ya elektroni yenye rangi ya aloi ya unga wa nikeli iliyotumiwa katika utafiti. Kwa hisani ya Raiyan Seede.

Poda za chuma za aloi zinazotumiwa kwa utengenezaji wa nyongeza zinaweza kuwa na mchanganyiko wa metali, kama vile nikeli, alumini na magnesiamu, katika viwango tofauti. Wakati wa uchapishaji wa 3D wa unga wa kitanda cha laser, poda hizi hupoa haraka baada ya kuwashwa na boriti ya leza. Metali tofauti katika poda ya aloi zina sifa tofauti za kupoeza na huganda kwa viwango tofauti. Utofauti huu unaweza kuunda dosari ndogo ndogo, au utengano mdogo.

"Wakati poda ya aloi inapoa, madini ya mtu binafsi yanaweza kutoka," mtafiti Raiyan Seede alisema. “Hebu fikiria kumwaga chumvi kwenye maji. Huyeyuka mara moja wakati kiasi cha chumvi ni kidogo, lakini unapomwaga chumvi nyingi zaidi, chembe za chumvi nyingi ambazo haziyeyuki huanza kumwagika kama fuwele. Kimsingi, hicho ndicho kinachotokea katika aloi zetu za chuma zinapopoa haraka baada ya kuchapishwa.” Seede alisema kasoro hii inaonekana kama mifuko ndogo iliyo na mkusanyiko tofauti wa viungo vya chuma kuliko kile kinachopatikana katika maeneo mengine ya sehemu iliyochapishwa.

Watafiti walichunguza miundo midogo ya uimarishaji ya aloi nne zenye msingi wa nikeli. Katika majaribio, walisoma awamu ya kimwili kwa kila aloi kwa viwango tofauti vya joto na katika kuongezeka kwa viwango vya chuma vingine kwenye aloi ya msingi wa nikeli. Kwa kutumia michoro ya kina ya awamu, watafiti waliamua muundo wa kemikali wa kila aloi ambayo inaweza kusababisha ugawaji mdogo wakati wa utengenezaji wa nyongeza.

Kisha, watafiti waliyeyusha wimbo mmoja wa poda ya chuma ya aloi katika mipangilio tofauti ya laser na kuamua vigezo vya mchakato wa mchanganyiko wa kitanda cha laser ambavyo vitatoa sehemu zisizo na porosity.
Picha ya darubini ya elektroni inayochanganua ya sehemu mtambuka ya leza moja ya nikeli na aloi ya zinki. Hapa, awamu za giza, zenye nikeli huingiliana na awamu nyepesi na muundo wa microstructure. Pore ​​pia inaweza kuzingatiwa katika muundo wa dimbwi la kuyeyuka. Kwa hisani ya Raiyan Seede.
Picha ya darubini ya elektroni inayochanganua ya sehemu mtambuka ya leza moja ya nikeli na aloi ya zinki. Awamu za giza, zenye nikeli huingilia awamu nyepesi na muundo mdogo wa sare. Pore ​​pia inaweza kuzingatiwa katika muundo wa dimbwi la kuyeyuka. Kwa hisani ya Raiyan Seede.

Taarifa zilizopatikana kutoka kwa michoro ya awamu, pamoja na matokeo kutoka kwa majaribio ya wimbo mmoja, ziliipa timu uchambuzi wa kina wa mipangilio ya leza na utunzi wa aloi ya nikeli ambayo inaweza kutoa sehemu iliyochapishwa isiyo na porosity bila mgawanyiko mdogo.

Watafiti waliofuata walifunza modeli za kujifunza kwa mashine ili kutambua ruwaza katika data ya majaribio ya wimbo mmoja na michoro ya awamu, ili kuunda mlinganyo wa mgawanyiko mdogo ambao unaweza kutumika na aloi yoyote. Seede alisema mlinganyo huo umeundwa ili kutabiri kiwango cha utengano kutokana na safu ya uimara ya aloi na sifa za nyenzo na nguvu na kasi ya leza.

"Tunapiga mbizi kwa kina katika kurekebisha muundo mdogo wa aloi ili kuwe na udhibiti zaidi juu ya sifa za kitu cha mwisho kilichochapishwa kwa kiwango kizuri zaidi kuliko hapo awali," Seede alisema.

Kadiri matumizi ya aloi katika AM yanavyoongezeka, ndivyo changamoto za sehemu za uchapishaji zinazofikia au kuzidi viwango vya ubora wa utengenezaji zitakavyoongezeka. Utafiti wa Texas A&M utawawezesha watengenezaji kuboresha kemia ya aloi na vigezo vya kuchakata ili aloi ziweze kuundwa mahususi kwa ajili ya utengenezaji wa nyongeza na watengenezaji waweze kudhibiti miundo midogo ndani ya nchi.

"Mbinu yetu hurahisisha utumiaji mzuri wa aloi za nyimbo tofauti kwa utengenezaji wa nyongeza bila wasiwasi wa kuanzisha kasoro, hata kwa kiwango kidogo," profesa Ibrahim Karaman alisema. "Kazi hii itakuwa ya manufaa makubwa kwa sekta ya anga, magari, na ulinzi ambayo daima inatafuta njia bora za kujenga sehemu maalum za chuma."

Profesa Raymundo Arroyavé na profesa Alaa Elwany, ambaye alishirikiana na Seede na Karaman kwenye utafiti, walisema kuwa mbinu hiyo inaweza kubadilishwa kwa urahisi na viwanda ili kujenga sehemu imara, zisizo na kasoro na aloi yao ya chaguo.