1. Súčasná situácia týkajúca sa pevnosti kovu v 3D tlači
Kovový prášok sa vrstva po vrstve roztaví a pri 3D tlači sa vytvrdzuje, aby vytvoril požadovaný tvar. Avšak komplikovaný teplotný gradient, rýchle chladenie a vlastnosti vrstvenia po vrstve počas procesu tlače spôsobujú, že sa vnútorná mikroštruktúra kovov líši od mikroštruktúry dosiahnutej konvenčnými technikami odlievania alebo kovania. Tvar zŕn, distribúcia fáz a mikroskopické chyby, ktoré ovplyvňujú 3D tlačený kovový výkon a pevnosť, odrážajú tieto variácie najmä.
S pevnosťou a ťažnosťou kovových materiálov sa dlho obchodovalo; vysoká pevnosť zvyčajne vyplýva z nízkej ťažnosti a naopak. Ale v oblasti 3D tlače je tento kompromis čoraz komplikovanejší. Zatiaľ čo 3D tlač ponúka nespočetné množstvo príležitostí na optimalizáciu dizajnu pomocou výroby kovových dielov so zložitými geometrickými tvarmi a mikroštruktúrami, jej pevnosť a výkon je niekedy ťažké dosiahnuť na úroveň konvenčných procesov kvôli rôznym mikrodefektom a nehomogenite zŕn, ktoré vznikajú počas procesu tlače.
2. Techniky na zvýšenie 3D tlačenej pevnosti kovu
Výskumníci použili niekoľko prístupov na zvýšenie pevnosti kovov vytlačených 3D.
optimalizácia konštrukcie zliatiny: Mikroštruktúra a vlastnosti kovu sa môžu výrazne zmeniť zmenou zloženia zliatiny. V prípade zliatin titánu môže napríklad použitie molybdénu (Mo) pomôcť zvýšiť fázovú stabilitu a jednotnosť pevnosti a ťažnosti. Použitím dizajnu zliatiny s dvojitou funkciou bola získaná 3D tlačená titánová zliatina so super homogenitou, vysokou pevnosťou a ťažnosťou, ktorú získal kombinovaný tím pozostávajúci z Dánskej technickej univerzity, Chongqing University a University of Queensland. Jeho ťažnosť je 26%; jeho medza klzu je 926 MPa.
Spôsob kontroly: proces Mikroštruktúra a kvalita kovov sú výrazne ovplyvnené parametrami stanovenými počas procesu tlače vrátane výkonu lasera, rýchlosti skenovania, hrúbky vrstvy atď. Optimalizáciou týchto faktorov možno minimalizovať mikrochyby a zvýšiť pevnosť a vlastnosti kovu.
Úprava mikroštruktúry zŕn a spevnenie hraníc jemných zŕn Pevnosť a tvrdosť kovov možno zvýšiť zlepšením tvaru a tvaru zŕn. Použitie ultrazvukových vĺn s vysokou intenzitou, úprava nastavení spracovania alebo pridanie heteroštruktúr môže napríklad pomôcť pri vývoji rovnoosých kryštálov, čím sa zníži vývoj stĺpcových zŕn, a teda spevnenie a ťažnosť kovov vytlačených 3D.
po spracovaní: Po vytlačení môže tepelné spracovanie pomôcť zlepšiť mikroštruktúru a vlastnosti kovov. Napriek tomu je potrebné spomenúť, že starostlivý výber parametrov tepelného spracovania je nevyhnutný, pretože tepelné spracovanie môže priniesť nové mikrochyby alebo zmeniť pôvodnú mikroštruktúru.
3. skôr ako prípadová štúdia trojrozmernej pevnosti kovu
Vysoká pevnosť a ťažnosť titánových zliatin: Pridaním molybdénových prvkov vznikli mimoriadne homogénne, vysoko pevné a tvárne 3D tlačené titánové zliatiny, ako už bolo uvedené kombinovaným tímom z austrálskych univerzít vrátane University of Queensland. Okrem svojich skvelých mechanických vlastností má táto titánová zliatina dobrú schopnosť vytvrdzovania, čo otvára dvere pre použitie v luxusných sektoroch vrátane letectva.
Tím spolupráce Inštitútu kovov Čínskej akadémie vied a Kalifornskej univerzity v Berkeley v USA vyvinul takmer bezpórovú zliatinu Net-AM Ti-6Al-4V vynájdením nový NAMP proces postupnej regulácie defektu a tkaniva s vysokou odolnosťou proti únave. Spomedzi všetkých zaznamenaných údajov o únave materiálu je pevnosť tejto zliatiny v ťahu v ťahu až 978 MPa, čo je najväčšia špecifická únavová pevnosť. Tento úspech ukazuje špeciálne výhody technológie 3D tlače pri výrobe odolnej voči únave a mení prirodzené znalosti ľudí o nízkej výkonnosti materiálov pre 3D tlač.
Výskumný tím Purdue University vytvoril hliníkovú zliatinu s extra vysokou pevnosťou, ktorá je vhodná pre 3D tlač. Integráciou prechodných kovov, ako je kobalt, železo, nikel a titán do hliníka, aby sa vytvorili nanoúrovňové, viacvrstvové, vrstvené deformovateľné intermetalické zlúčeniny, vytvorili nový typ hliníkovej zliatiny, ktorý kombinuje veľkú pevnosť a dobrú schopnosť plastickej deformácie. Pevnosť tejto hliníkovej zliatiny presahuje 900 MPa, čo vytvára veľké príležitosti na použitie vysoko pevných hliníkových zliatin v niekoľkých sektoroch.
https://www.china-3dprinting.com/metal-3d-printing/3d-printing-inconel-625-turbine-blades.html