Ang mga mananaliksik ay sistematikong nag-imbestiga sa mga epekto ng komposisyon ng haluang metal sa kakayahang mai-print at solidification ng mga microstructure, upang mas maunawaan kung paano naapektuhan ng komposisyon ng haluang metal, mga variable ng proseso, at thermodynamics ang mga additively manufactured na bahagi. Sa pamamagitan ng mga eksperimento sa 3D-printing, tinukoy nila ang mga kemikal na haluang metal at mga parameter ng proseso na kinakailangan upang ma-optimize ang mga katangian ng haluang metal at mag-print ng mga superior, magkaparehong bahagi sa microscale. Gamit ang machine learning, gumawa sila ng formula na maaaring gamitin sa anumang uri ng alloy upang makatulong na maiwasan ang nonuniformity.
Ang isang bagong paraan na binuo ng mga mananaliksik ng Texas A&M ay nag-o-optimize ng mga katangian ng haluang metal at mga parameter ng proseso upang lumikha ng mga mahusay na 3D-printed na bahagi ng metal. Ipinapakita dito ang isang colorized na electron micrograph ng isang nickel powder alloy na ginamit sa pag-aaral. Sa kagandahang-loob ni Raiyan Seede.
Ang isang bagong paraan na binuo ng mga mananaliksik ng Texas A&M ay nag-o-optimize ng mga katangian ng haluang metal at mga parameter ng proseso upang lumikha ng mga mahusay na 3D-printed na bahagi ng metal. Ipinapakita dito ang isang colorized na electron micrograph ng isang nickel powder alloy na ginamit sa pag-aaral. Sa kagandahang-loob ni Raiyan Seede.

Ang mga haluang metal powder na ginagamit para sa additive na pagmamanupaktura ay maaaring maglaman ng pinaghalong mga metal, tulad ng nickel, aluminum, at magnesium, sa iba't ibang konsentrasyon. Sa panahon ng laser bed powder fusion 3D printing, ang mga pulbos na ito ay mabilis na lumalamig pagkatapos na pinainit ng laser beam. Ang iba't ibang mga metal sa haluang metal na pulbos ay may iba't ibang mga katangian ng paglamig at nagpapatigas sa iba't ibang mga rate. Ang hindi pagkakapare-pareho na ito ay maaaring lumikha ng mga microscopic na bahid, o microsegregation.

"Kapag ang haluang metal na pulbos ay lumalamig, ang mga indibidwal na metal ay maaaring namuo," sabi ng mananaliksik na si Raiyan Seede. “Isipin mo ang pagbuhos ng asin sa tubig. Natutunaw kaagad ito kapag maliit ang dami ng asin, ngunit habang nagbubuhos ka ng mas maraming asin, ang labis na mga partikulo ng asin na hindi natutunaw ay magsisimulang mamuo bilang mga kristal. Sa esensya, iyon ang nangyayari sa aming mga metal na haluang metal kapag mabilis silang lumamig pagkatapos ng pag-print." Sinabi ni Seede na ang depektong ito ay lumilitaw bilang maliliit na bulsa na naglalaman ng bahagyang naiibang konsentrasyon ng mga sangkap na metal kaysa sa kung ano ang matatagpuan sa ibang mga bahagi ng naka-print na bahagi.

Inimbestigahan ng mga mananaliksik ang solidification microstructures ng apat na binary nickel-based alloys. Sa mga eksperimento, pinag-aralan nila ang pisikal na bahagi para sa bawat haluang metal sa iba't ibang temperatura at sa pagtaas ng mga konsentrasyon ng iba pang metal sa haluang metal na nakabatay sa nikel. Gamit ang mga detalyadong phase diagram, tinutukoy ng mga mananaliksik ang kemikal na komposisyon ng bawat haluang metal na magiging sanhi ng hindi bababa sa microsegregation sa panahon ng additive manufacturing.

Susunod, natunaw ng mga mananaliksik ang isang solong track ng haluang metal na pulbos sa iba't ibang mga setting ng laser at tinutukoy ang mga parameter ng proseso ng pagsasanib ng laser powder bed na maghahatid ng mga bahaging walang porosity.
Isang scanning electron microscope na imahe ng isang solong laser scan cross-section ng isang nickel at zinc alloy. Dito, ang madilim, mayaman sa nickel na mga bahagi ay nagsasama ng mas magaan na mga bahagi na may pare-parehong microstructure. Ang isang butas ay maaari ding obserbahan sa istraktura ng melt pool. Sa kagandahang-loob ni Raiyan Seede.
Isang scanning electron microscope na imahe ng isang solong laser scan cross-section ng isang nickel at zinc alloy. Ang madidilim, mayaman sa nickel na mga bahagi ay nagsasama-sama ng mas magaan na mga bahagi na may pare-parehong microstructure. Ang isang butas ay maaari ding obserbahan sa istraktura ng melt pool. Sa kagandahang-loob ni Raiyan Seede.

Ang impormasyong nakuha mula sa mga phase diagram, kasama ang mga resulta mula sa single-track na mga eksperimento, ay nagbigay sa koponan ng komprehensibong pagsusuri ng mga setting ng laser at mga komposisyon ng haluang metal na nakabatay sa nikel na maaaring magbunga ng walang porosity na naka-print na bahagi nang walang microsegregation.

Sunod-sunod na sinanay ng mga mananaliksik ang mga modelo ng machine-learning upang matukoy ang mga pattern sa data ng pang-eksperimentong single-track at mga phase diagram, upang bumuo ng isang equation para sa microsegregation na maaaring magamit sa anumang haluang metal. Sinabi ni Seede na ang equation ay idinisenyo upang mahulaan ang lawak ng segregation na ibinigay sa hanay ng solidification ng haluang metal at mga katangian ng materyal at kapangyarihan at bilis ng laser.

"Nagsasagawa kami ng malalim na pagsisid sa pag-fine-tune ng microstructure ng mga haluang metal upang magkaroon ng higit na kontrol sa mga katangian ng panghuling naka-print na bagay sa mas pinong sukat kaysa dati," sabi ni Seede.

Habang tumataas ang paggamit ng mga haluang metal sa AM, tataas din ang mga hamon sa pag-print ng mga bahagi na nakakatugon o lumalampas sa mga pamantayan ng kalidad ng pagmamanupaktura. Ang Texas A&M na pag-aaral ay magbibigay-daan sa mga manufacturer na i-optimize ang alloy chemistry at mga parameter ng proseso upang ang mga alloy ay maaaring partikular na idinisenyo para sa additive manufacturing at ang mga manufacturer ay maaaring makontrol ang mga microstructure nang lokal.

"Ang aming pamamaraan ay nagpapagaan sa matagumpay na paggamit ng mga haluang metal ng iba't ibang komposisyon para sa additive na pagmamanupaktura nang walang pag-aalala sa pagpapakilala ng mga depekto, kahit na sa microscale," sabi ng propesor na si Ibrahim Karaman. "Ang gawaing ito ay magiging malaking pakinabang sa mga industriya ng aerospace, automotive, at depensa na patuloy na naghahanap ng mas mahusay na mga paraan upang bumuo ng mga custom na bahagi ng metal."

Sinabi ni Propesor Raymundo Arroyavé at professor Alaa Elwany, na nakipagtulungan sa Seede at Karaman sa pananaliksik, na ang pamamaraan ay madaling iakma ng mga industriya upang makabuo ng matibay, walang depekto na mga bahagi gamit ang kanilang piniling haluang metal.