Môžu sa na tlač toho istého priemyselného komponentu použiť viac kovové materiály?

一, Technický princíp: Základná myšlienka výberu materiálov a ovládanie rozhrania
Hlavným cieľom Multi - kovovej 3D tlače je získať dva alebo viac kovov, aby sa spojili metalurgicky. Existujú dva hlavné spôsoby, ako to urobiť: Práškové topenie lôžka (SLM/L - pbf) a usmerňované energetické ukladanie (DED). Napríklad technológia SLM musí ísť nad rámec troch veľkých technologických prekážok, aby sa tlačila s niekoľkými kovmi:
Ovládanie kompatibility s materiálom
Vyberte kombináciu kovov, ktorá má rozdiel v roztavení bodu menší ako 200 stupňov a rozdiel koeficientov tepelnej expanzie menší ako 10%. NASA používa kombináciu GRCOP - 42 zliatiny medi (teplota topenia 1083) a HR - 1 zliatiny vysokej teploty na báze niklu (stupňa topenia 1390), aby sa vytvorila metalurgická väzba medzi dvoma materiálmi v prechodnej vrstve 0,3 mm. Robia to reguláciou hustoty laserovej energie (120-150 J/mm) a rýchlosti skenovania (800-1200 mm/s). Pevnosť v ťahu na rozhraní je 420 MPa, ktorá je o 60% vyššia ako v prípade typických metód spájkovania.
Renovácia metódy na rozptýlenie prášku
Starý spôsob distribúcie prášku iba jedným materiálom nefunguje pre viac - kovové striedavé depozície. Laboratórium IGCV Fraunhoferu vytvorilo zariadenie na šírenie prášku elektrostatickej adsorpcie, ktoré môže selektívne adsorbovať rôzne kovové prášky dodaním elektrostatického poľa -5000V na stavebnú plošinu. Systém šíri prášok CW106C zliatiny meďnatého (vnútorná vrstva) a oceľový prášok 1.2709 (vonkajšia vrstva) veľmi presne, zatiaľ čo vyrábajúcu oceľovú komoru s meďou. Miera výťažku prášku je 98%, čo je trikrát lepšie ako štandardné šírenie mechanického škrabky.
Dynamické riadenie procesných parametrov
V prípade rôznych materiálových oblastí musí kovová tlač viacerých - zmeniť laserový výkon, techniku ​​skenovania a ďalšie nastavenia v reálnom čase. Technológia depozície kovov Meltio 3E používa inteligentné senzory na dohľad nad teplotou roztaveného bazénu v reálnom čase (s chybou ± 5 stupňov). Automaticky upravuje parametre depozície pre zliatinu titánu (laserový výkon 400 W) a hliníkovú zliatinu (laserový výkon 250 W). Táto metóda robí zátvorky leteckého motora z zliatiny titánu a zliatiny hliníka. Oblasť zliatiny titánu má tvrdosť HRC 38 a oblasť hliníkovej zliatiny má predĺženú mieru 18%, čo je o 25% vyššia ako tlačová výkonnosť jednotlivých materiálov.
2, bežné použitie: Prejdite sa z laboratória do továrnej praxe
1. Aerospace: Urobenie spaľovacej komory a lepšia pri riadení tepla
Spaľovacia komora raketového motora musí zvládnuť spláchnutie plynu pri 3 000 stupňoch a chladenie kvapalného kyslíka pri -} stupni. Na prepojenie podšívky zliatiny medi s niklom - v zliatine shell v tradičnej výrobe sa používa výbušné zváranie. Tento postup môže trvať až šesť mesiacov. Nemecká skupina Safran použila postup SLM na vytvorenie medi - oceľová bimetalická spaľovacia komora. Použitím technológie multimetálnej 3D tlače dokázali skrátiť čas výroby na polovicu a urobiť komoru o 40% ľahšiu. Hlavnou inováciou je použitie funkčne odstupňovaného dizajnu materiálu. Medzi zliatinou medi (GRCOP-84) a oceľou (316 l) je prechodná vrstva Nicraly s hrúbkou 0,5 mm. Táto vrstva hladko mení koeficient tepelnej expanzie z 16,5 × 10 ⁻⁶/ stupeň na 12,8 × 10 ⁻⁶/ stupeň, čo sa zbavuje koncentrácie napätia rozhrania.
2. Energetické vybavenie: Výrobná revolúcia konformných chladiacich kanálov
Pri výrobe vstrekovacích foriem sú tradičné chladiace vodné kanály väčšinou lineárne z dôvodu spracovateľských limitov. To spôsobuje, že teplotné polia vo forme sú nerovnomerné (s odchýlkami až do 30 stupňov), čo zhoršuje kvalitu formovania produktu. Bimetalická technika SLM spoločnosti Aerosint tlačí na chladiace kanály COPPER (CUCR1ZR) vo vnútri vložiek formy, vďaka čomu je chladenie trikrát efektívnejšie. Táto metóda skracuje čas potrebný na ochladenie foriem automobilového nárazníka zo 45 sekúnd na 18 sekúnd, znižuje spotrebu energie pre jednotlivé - kusová výroba o 60%a formy trvajú viac ako 2 milióny krát.
3. Biomedicín: Prispôsobenie výkonu implantátov na mieru
Umelé kĺby vyrobené z zliatiny titánu potrebujú dlhú dobu na integráciu s kosťou (6 až 12 mesiacov). Tím z severozápadnej polytechnickej univerzity vytvoril bimetalickú 3D tlačovú technológiu titánu tantalu, ktorá strojnásobila silu väzby medzi implantátmi a kostným tkanivom. Toto sa uskutočnilo uložením pórovitých štruktúr tantala (TA) (pórovitosť 65%, veľkosť pórov 500 μm) na povrch zliatiny titánu (TI6AL4V). Klinické dôkazy naznačujú, že implantát bedrového kĺbu s využitím tejto techniky dosahuje chirurgiu kosti 92% po {-, čím sa znižuje trvanie rehabilitácie o 50% v porovnaní s konvenčnými implantátmi zliatiny titánu.
3, problémy s technológiou a trendmi do budúcnosti
Aj keď multi - kovová 3D tlač sa presunula z laboratória do skutočného sveta, stále existujú tri veľké problémy, ktoré je potrebné vyriešiť skôr, ako sa môžu použiť v širokom meradle:
Spoľahlivosť materiálových rozhraní
Rozdiel v tom, ako sa kovy rozširujú, keď sa zahrieva, môže ľahko spôsobiť vytvorenie trhlín na rozhraní. Pridaním nano - častíc NBC (50–100 nm) do ocele - medeného rozhrania bolo schopné vylepšiť silu medzifázovej väzby z 280 MPa na 410 MPa a znížiť rýchlosť propagácie trhlín o 80%.
Náklady a efektívnosť zariadenia
Multi - kovové zariadenia SLM stojí 3–5 krát viac ako jednotlivé - materiálové vybavenie a rýchlosť šírenia prášku je iba 60% z rýchlosti materiálu Single -. Technológia paralelného práškového šírenia Siemensa, ktorá využíva dve elektrostatické adsorpčné hlavy, ktoré spolupracujú, zrýchlila proces šírenia prášku na 1200 mm/s a znížila náklady na tlač jedného kusu o 45%.
Žiadny systém pre normy
V tejto dobe neexistuje žiadny štandard globálnej kvality pre Multi - kovové 3D tlač. Návrh štandardu ISO/ASTM 52912 naznačuje ukazovatele, ako je „šírka prechodnej zóny materiálu menšia alebo rovná 0,5 mm“ a „pevnosť viazania rozhrania väčšia alebo rovná 80% maticového materiálu“. Plánuje sa oficiálne prepustenie v roku 2026.
V nasledujúcich piatich rokoch sa Multi - kovová 3D tlačí v smere „štyri modernizácie“:
Systém s rôznymi materiálmi: vytváranie nových kombinácií kovov, ktoré sú ľahké a silné, vrátane titánového horčíka a hliníkového škandia
Inteligentná kontrola procesu: Používanie digitálnej technológie dvojčiat na zlepšenie procesu tlače v reálnom čase
Integrácia modulov zariadení: Výroba kompozitných dielov, ktoré kombinujú výrobu aditív, tepelné spracovanie a obrábanie
Rozšírenie počtu miest, kde sa dá použiť: Dostať ho do práce v širokom meradle v oblastiach ako jadrová energia a hlboké - morské vybavenie