Araştırmacılar, alaşım bileşiminin, proses değişkenlerinin ve termodinamiğin eklemeli olarak üretilmiş parçaları nasıl etkilediğini daha iyi anlamak için alaşım bileşiminin mikro yapıların basılabilirliği ve katılaşması üzerindeki etkilerini sistematik olarak araştırdı. 3D baskı deneyleri yoluyla, alaşım özelliklerini optimize etmek ve mikro ölçekte üstün, özdeş parçalar basmak için gereken alaşım kimyalarını ve işlem parametrelerini tanımladılar. Makine öğrenimini kullanarak, düzensizliği önlemeye yardımcı olmak için her tür alaşımla kullanılabilecek bir formül oluşturdular.
Texas A&M araştırmacıları tarafından geliştirilen yeni bir yöntem, üstün 3D baskılı metal parçalar oluşturmak için alaşım özelliklerini ve proses parametrelerini optimize ediyor. Burada, çalışmada kullanılan bir nikel tozu alaşımının renklendirilmiş elektron mikrografı gösterilmektedir. Raiyan Seede'nin izniyle.
Texas A&M araştırmacıları tarafından geliştirilen yeni bir yöntem, üstün 3D baskılı metal parçalar oluşturmak için alaşım özelliklerini ve proses parametrelerini optimize ediyor. Burada, çalışmada kullanılan bir nikel tozu alaşımının renklendirilmiş elektron mikrografı gösterilmektedir. Raiyan Seede'nin izniyle.

Eklemeli imalat için kullanılan alaşımlı metal tozları, farklı konsantrasyonlarda nikel, alüminyum ve magnezyum gibi metallerin bir karışımını içerebilir. Lazer yataklı toz füzyon 3D baskı sırasında, bu tozlar bir lazer ışını ile ısıtıldıktan sonra hızla soğurlar. Alaşım tozundaki farklı metaller farklı soğutma özelliklerine sahiptir ve farklı hızlarda katılaşır. Bu tutarsızlık, mikroskobik kusurlar veya mikro ayrışma yaratabilir.

Araştırmacı Raiyan Seede, "Alaşım tozu soğuduğunda, tek tek metaller çökebilir" dedi. “Suya tuz döktüğünüzü hayal edin. Tuz miktarı az olduğunda hemen çözünür, ancak daha fazla tuz döktükçe, çözünmeyen fazla tuz parçacıkları kristaller olarak çökelmeye başlar. Özünde, metal alaşımlarımızda baskıdan sonra hızla soğuduklarında olan şey budur.” Seede, bu kusurun, basılı parçanın diğer alanlarında bulunandan biraz farklı metal içerik konsantrasyonu içeren küçük cepler olarak göründüğünü söyledi.

Araştırmacılar, dört ikili nikel bazlı alaşımın katılaşma mikro yapılarını araştırdı. Deneylerde, her alaşım için farklı sıcaklıklarda ve nikel bazlı alaşımdaki diğer metalin artan konsantrasyonlarında fiziksel fazı incelediler. Araştırmacılar, ayrıntılı faz diyagramlarını kullanarak, her bir alaşımın, katkı maddesi üretimi sırasında en az mikro ayrışmaya neden olacak kimyasal bileşimini belirlediler.

Daha sonra, araştırmacılar farklı lazer ayarlarında alaşım metal tozunun tek bir izini erittiler ve gözeneksiz parçalar sağlayacak lazer tozu yatağı füzyon prosesi parametrelerini belirlediler.
Nikel ve çinko alaşımının tek bir lazer taramalı kesitinin taramalı elektron mikroskobu görüntüsü. Burada, koyu, nikel açısından zengin fazlar, daha hafif fazları tek tip mikro yapı ile aralar. Eriyik havuzu yapısında bir gözenek de gözlemlenebilir. Raiyan Seede'nin izniyle.
Nikel ve çinko alaşımının tek bir lazer taramalı kesitinin taramalı elektron mikroskobu görüntüsü. Koyu, nikel açısından zengin fazlar, daha hafif fazları tek tip mikro yapı ile birleştirir. Eriyik havuzu yapısında bir gözenek de gözlemlenebilir. Raiyan Seede'nin izniyle.

Faz diyagramlarından elde edilen bilgiler, tek hatlı deneylerin sonuçlarıyla bir araya geldiğinde, ekibe lazer ayarları ve mikro segregasyon olmadan gözeneksiz baskılı bir parça üretebilecek nikel bazlı alaşım bileşimlerinin kapsamlı bir analizini sağladı.

Araştırmacılar daha sonra, herhangi bir alaşımla kullanılabilecek bir mikro ayrıştırma denklemi geliştirmek için tek izli deneysel verilerdeki ve faz diyagramlarındaki kalıpları tanımlamak için makine öğrenimi modellerini eğitti. Seede, denklemin alaşımın katılaşma aralığı ve malzeme özellikleri ile lazerin gücü ve hızı göz önüne alındığında ayrışma derecesini tahmin etmek için tasarlandığını söyledi.

Seede, "Son basılan nesnenin özellikleri üzerinde eskisinden çok daha ince bir ölçekte daha fazla kontrol olması için alaşımların mikro yapısında ince ayar yapmak için derin dalışlar yapıyoruz" dedi.

AM'de alaşımların kullanımı arttıkça, üretim kalite standartlarını karşılayan veya aşan parçaların basılmasındaki zorluklar da artacaktır. Texas A&M çalışması, üreticilerin alaşım kimyasını ve proses parametrelerini optimize etmelerini sağlayacak, böylece alaşımlar özellikle eklemeli üretim için tasarlanabilir ve üreticiler mikro yapıları yerel olarak kontrol edebilir.

Profesör İbrahim Karaman, "Metodolojimiz, mikro ölçekte bile kusurları ortaya çıkarma endişesi olmadan, eklemeli imalat için farklı bileşimlerdeki alaşımların başarılı kullanımını kolaylaştırıyor" dedi. "Bu çalışma, özel metal parçalar üretmenin sürekli olarak daha iyi yollarını arayan havacılık, otomotiv ve savunma endüstrileri için büyük fayda sağlayacak."

Araştırmada Seede ve Karaman ile işbirliği yapan Profesör Raymundo Arroyavé ve profesör Alaa Elwany, metodolojinin endüstriler tarafından seçtikleri alaşımla sağlam, hatasız parçalar oluşturmak için kolayca uyarlanabileceğini söyledi.