นักวิจัยได้ตรวจสอบผลกระทบขององค์ประกอบโลหะผสมต่อความสามารถในการพิมพ์และการแข็งตัวของโครงสร้างจุลภาคอย่างเป็นระบบ เพื่อให้เข้าใจได้ดีขึ้นว่าองค์ประกอบของโลหะผสม ตัวแปรกระบวนการ และอุณหพลศาสตร์ส่งผลต่อชิ้นส่วนที่ผลิตแบบเติมแต่งอย่างไร ผ่านการทดลองการพิมพ์ 3 มิติ พวกเขาได้กำหนดเคมีของโลหะผสมและพารามิเตอร์กระบวนการที่จำเป็นในการปรับคุณสมบัติของโลหะผสมให้เหมาะสมและพิมพ์ชิ้นส่วนที่เหมือนกันที่เหนือกว่าที่ไมโครสเกล ด้วยการใช้แมชชีนเลิร์นนิง พวกเขาสร้างสูตรที่สามารถใช้กับโลหะผสมชนิดใดก็ได้เพื่อช่วยป้องกันความไม่เท่ากัน
วิธีการใหม่ที่พัฒนาโดยนักวิจัยของ Texas A&M ปรับคุณสมบัติของโลหะผสมและพารามิเตอร์กระบวนการให้เหมาะสมเพื่อสร้างชิ้นส่วนโลหะที่พิมพ์ 3 มิติที่เหนือกว่า แสดงให้เห็นในที่นี้คือไมโครกราฟอิเล็คตรอนที่มีสีของโลหะผสมนิกเกิลที่ใช้ในการศึกษา ได้รับความอนุเคราะห์จาก Raiyan Seede
วิธีการใหม่ที่พัฒนาโดยนักวิจัยของ Texas A&M ปรับคุณสมบัติของโลหะผสมและพารามิเตอร์กระบวนการให้เหมาะสมเพื่อสร้างชิ้นส่วนโลหะที่พิมพ์ 3 มิติที่เหนือกว่า แสดงให้เห็นในที่นี้คือไมโครกราฟอิเล็คตรอนที่มีสีของโลหะผสมนิกเกิลที่ใช้ในการศึกษา ได้รับความอนุเคราะห์จาก Raiyan Seede

ผงโลหะอัลลอยที่ใช้สำหรับการผลิตสารเติมแต่งสามารถมีส่วนผสมของโลหะ เช่น นิกเกิล อะลูมิเนียม และแมกนีเซียมที่ความเข้มข้นต่างกัน ระหว่างการพิมพ์ 3 มิติด้วยเลเซอร์เบดฟิวชัน ผงเหล่านี้จะเย็นลงอย่างรวดเร็วหลังจากถูกให้ความร้อนด้วยลำแสงเลเซอร์ โลหะต่างๆ ในผงโลหะผสมมีคุณสมบัติในการทำความเย็นที่แตกต่างกันและแข็งตัวในอัตราที่ต่างกัน ความไม่สอดคล้องกันนี้อาจสร้างข้อบกพร่องด้วยกล้องจุลทรรศน์หรือการแยกย่อย

“เมื่อผงโลหะผสมเย็นตัวลง โลหะแต่ละชนิดสามารถตกตะกอนได้” Raiyan Seede นักวิจัยกล่าว “ลองนึกภาพการเทเกลือลงในน้ำ มันละลายทันทีเมื่อเกลือมีปริมาณน้อย แต่เมื่อคุณเทเกลือมากขึ้น อนุภาคเกลือส่วนเกินที่ไม่ละลายจะเริ่มตกตะกอนออกมาเป็นผลึก โดยพื้นฐานแล้ว นั่นคือสิ่งที่เกิดขึ้นในโลหะผสมของเราเมื่อเย็นลงอย่างรวดเร็วหลังการพิมพ์” Seede กล่าวว่าข้อบกพร่องนี้ปรากฏเป็นกระเป๋าเล็ก ๆ ที่มีความเข้มข้นของส่วนผสมโลหะแตกต่างกันเล็กน้อยกว่าที่พบในส่วนอื่น ๆ ของชิ้นส่วนที่พิมพ์

นักวิจัยได้ตรวจสอบโครงสร้างจุลภาคที่แข็งตัวของโลหะผสมที่มีนิกเกิลเป็นฐานสองชนิด ในการทดลอง พวกเขาศึกษาเฟสทางกายภาพของโลหะผสมแต่ละชนิดที่อุณหภูมิต่างกันและที่ความเข้มข้นที่เพิ่มขึ้นของโลหะอื่นในโลหะผสมที่มีนิกเกิลเป็นองค์ประกอบหลัก นักวิจัยได้กำหนดองค์ประกอบทางเคมีของโลหะผสมแต่ละชนิดที่จะทำให้เกิดการแยกย่อยน้อยที่สุดในระหว่างการผลิตสารเติมแต่ง โดยใช้แผนภาพเฟสแบบละเอียด

ถัดไป นักวิจัยละลายผงโลหะอัลลอยด์แทร็กเดียวที่การตั้งค่าเลเซอร์ที่แตกต่างกัน และกำหนดพารามิเตอร์กระบวนการหลอมรวมของผงเลเซอร์เบดที่จะส่งชิ้นส่วนที่ปราศจากรูพรุน
ภาพกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราดของภาพตัดขวางด้วยเลเซอร์เดี่ยวของโลหะผสมนิกเกิลและสังกะสี ในที่นี้ เฟสที่มืดและอุดมด้วยนิกเกิลจะแทรกระหว่างเฟสที่เบากว่าด้วยโครงสร้างจุลภาคที่สม่ำเสมอ นอกจากนี้ยังสามารถสังเกตรูพรุนได้ในโครงสร้างสระน้ำหลอมเหลว ได้รับความอนุเคราะห์จาก Raiyan Seede
ภาพกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราดของภาพตัดขวางด้วยเลเซอร์เดี่ยวของโลหะผสมนิกเกิลและสังกะสี เฟสที่มืดและอุดมด้วยนิกเกิลจะแทรกระหว่างเฟสที่เบากว่าด้วยโครงสร้างจุลภาคที่สม่ำเสมอ นอกจากนี้ยังสามารถสังเกตรูพรุนได้ในโครงสร้างสระน้ำหลอมเหลว ได้รับความอนุเคราะห์จาก Raiyan Seede

ข้อมูลที่ได้จากแผนภาพเฟส รวมกับผลจากการทดลองทางรางเดียว ทำให้ทีมวิเคราะห์การตั้งค่าเลเซอร์และองค์ประกอบโลหะผสมที่มีนิกเกิลอย่างครอบคลุม ซึ่งจะทำให้ได้ชิ้นงานพิมพ์ที่ปราศจากรูพรุนโดยไม่ต้องแยกไมโคร

นักวิจัยได้ฝึกอบรมโมเดลการเรียนรู้ด้วยเครื่องเพื่อระบุรูปแบบในข้อมูลการทดลองแบบแทร็กเดียวและแผนภาพเฟส เพื่อพัฒนาสมการสำหรับการแยกย่อยขนาดเล็กที่สามารถใช้กับโลหะผสมใดๆ ได้ Seede กล่าวว่าสมการได้รับการออกแบบมาเพื่อทำนายขอบเขตของการแยกจากกันโดยพิจารณาจากช่วงการแข็งตัวของโลหะผสมและคุณสมบัติของวัสดุ ตลอดจนกำลังและความเร็วของเลเซอร์

Seede กล่าวว่า "เราเจาะลึกลงไปในการปรับโครงสร้างจุลภาคของโลหะผสมอย่างละเอียดเพื่อให้สามารถควบคุมคุณสมบัติของวัตถุพิมพ์ขั้นสุดท้ายได้ดียิ่งขึ้นกว่าเมื่อก่อนมาก

เมื่อการใช้โลหะผสมใน AM เพิ่มขึ้น ความท้าทายในการพิมพ์ชิ้นส่วนที่ตรงตามหรือสูงกว่ามาตรฐานคุณภาพการผลิตก็เช่นกัน การศึกษา Texas A&M จะช่วยให้ผู้ผลิตสามารถปรับคุณสมบัติทางเคมีของโลหะผสมและพารามิเตอร์กระบวนการให้เหมาะสม เพื่อให้สามารถออกแบบโลหะผสมโดยเฉพาะสำหรับการผลิตแบบเพิ่มเนื้อวัสดุ และผู้ผลิตสามารถควบคุมโครงสร้างจุลภาคในท้องถิ่นได้

ศาสตราจารย์อิบราฮิม คารามาน กล่าวว่า "วิธีการของเราช่วยลดความสำเร็จในการใช้โลหะผสมขององค์ประกอบต่างๆ ในการผลิตสารเติมแต่งโดยไม่ต้องกังวลเรื่องข้อบกพร่อง แม้แต่ในไมโครสเกล" “งานนี้จะเป็นประโยชน์อย่างยิ่งต่ออุตสาหกรรมการบินและอวกาศ ยานยนต์ และการป้องกันประเทศ ที่มองหาวิธีที่ดีกว่าในการสร้างชิ้นส่วนโลหะแบบกำหนดเองอย่างต่อเนื่อง”

ศาสตราจารย์ Raymundo Arroyavé และศาสตราจารย์ Alaa Elwany ซึ่งร่วมมือกับ Seede และ Karaman ในการวิจัยกล่าวว่าวิธีการดังกล่าวสามารถปรับให้เข้ากับอุตสาหกรรมต่างๆ เพื่อสร้างชิ้นส่วนที่ทนทานและปราศจากข้อบกพร่องด้วยโลหะผสมที่เลือกได้