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Ultraschall kann die Festigkeit von 3D-gedrucktem Metall um 12% erhöhen

Laut ausländischen Medienberichten könnte dank einer neuen Studie in Australien die Qualität von 3D-gedruckten Metallteilen bald verbessert werden. Die dortigen Wissenschaftler haben festgestellt, dass Ultraschall die Festigkeit dieser Materialien erhöhen kann, indem sie ihre Mikrostruktur verändert. Das Team der RMIT University unter der Leitung von Doktorand Carmelo Todaro hat kürzlich eine bestehende 3D-Drucktechnologie namens „Directed Energy Deposition (DED)“ ausprobiert.

In den letzten Jahren hat die 3D-Drucktechnologie mit der rasanten Entwicklung unsere traditionellen Produktionsmethoden und unseren Lebensstil schnell verändert. Als typischer Vertreter der aufkommenden Fertigungstechnologie hat sich die frühe 3D-Metalldrucktechnologie, die in der Luft- und Raumfahrt verwendet wurde, mehr auf die Märkte Industrie, Automobil, Medizin, Formenbau, Bildung und Schmuck verlagert. Wie viel wissen Sie über die Metall-3D-Drucktechnologie? Heute erklärt Lei Jia Additive Editor die aktuelle Mainstream-Metall-3D-Drucktechnologie für jedermann.

Ultraschall kann die Festigkeit von 3D-gedrucktem Metall um 12% erhöhen

Es versteht sich, dass die RMIT-Forscher zwei verschiedene gängige Legierungen zum Drucken von Proben verwendeten: Ti-6Al-4V ist eine Titanlegierung, die häufig in Flugzeugkomponenten und biomechanischen Implantaten verwendet wird; Inconel 625 ist eine Hochtemperaturlegierung auf Nickelbasis, die häufig in der Schifffahrts- und Erdölindustrie verwendet wird.

Unabhängig von der verwendeten Legierung handelt es sich bei der Abscheidungsoberfläche tatsächlich um einen Schallwellendetektor, d. h. um ein Werkzeug, das Ultraschallschwingungen erzeugt. Wenn das Metall verfestigt ist, wirken Schwingungen auf die Mikrokristalle, um eine festere Struktur zu bilden. Es wurde festgestellt, dass die Zugfestigkeit und Streckgrenze dieser Materialien im Vergleich zur gleichen Probe ohne Ultraschall um 12% anstiegen.

Todrao sagte: „Wenn Sie sich die Mikrostruktur von 3D-gedruckten Legierungen ansehen, werden Sie feststellen, dass sie normalerweise aus großen, länglichen Kristallen bestehen. Aufgrund ihrer geringeren mechanischen Eigenschaften und einer höheren Anfälligkeit für Risse während des Druckprozesses werden sie dadurch schwieriger Für technische Anwendungen akzeptiert. Die Mikrostruktur der Legierung, die durch die Verwendung von Ultraschallwellen im Druckprozess erhalten wird, ist jedoch offensichtlich anders: Die Legierungskristalle sind sehr klein und vollständig isometrisch, was bedeutet, dass sie in alle Richtungen des gedruckte Metallteile. Das Obige wird gleichmäßig geformt.“

Darüber hinaus ist es durch Ein- und Ausschalten des Ultraschallgenerators während des Druckvorgangs auch möglich, ein einzelnes Projekt mit unterschiedlichen Mikrostrukturen in verschiedenen Bereichen zu erstellen. Dies ist eine Qualität, die als „funktionale Sortierung“ bezeichnet wird und sehr nützlich ist, wenn Faktoren wie geringes Gewicht oder reduzierter Materialverbrauch berücksichtigt werden.

Forscher glauben, dass die ultraschallgestützte 3D-Drucktechnologie nach der Weiterentwicklung auch zur Erhöhung der Festigkeit anderer Metalle wie Edelstahl, Aluminiumlegierungen und Kobaltlegierungen verwendet werden kann.

Viele Arten von Hydraulikkomponenten wurden in 3D aus Metall gedruckt. Aidro verwendet beispielsweise aus Edelstahl gedruckte Hydraulik Ventil Blöcke zur Steuerung einfachwirkender Zylinder. Das Unternehmen kann Platz sparen und seine internen Durchgänge optimieren. Im Vergleich zu herkömmlichen Komponenten hat es einen höheren Durchfluss und einen geringeren Druckverlust. Da kein zusätzliches Bohren erforderlich ist, wird auch die Möglichkeit einer externen Leckage eliminiert.

Darüber hinaus wurde ein stapelbares Hydraulikventil mittels 3D-Druck-Design und -Verbesserung hergestellt (Abbildung 2). Der direktgesteuerte Druckminderer ist aus Stahl gefertigt und zum Schutz vor Korrosion verzinkt. Wenn die Kunden von Aidro einen geringen Bedarf an Ventilen haben, CNC-Bearbeitung ist für Lieferzeit und Kosten nicht kontrollierbar. Im Gegenteil, das Ventil wurde neu konstruiert und aus 3D-Edelstahl gefertigt, wodurch das Gewicht um 60 % reduziert wurde. Die tragende Wand ist so stark wie das Original, und die Ergebnisse der neuen Konstruktion sind beim 250-bar-Drucktest vergleichbar.

Methoden der Metall-3D-Drucktechnologie:

Derzeit gibt es fünf Mainstream-Metall-3D-Drucktechnologien: Laserselektives Sintern (SLS), Nanopartikel-Jet-Metallumformung (NPJ), Laserselektives Schmelzen (SLM), Laser-Near-Net-Shaping (LENS) und Elektronenstrahl-selektive Schmelztechnologie (EBSM).

Selektives Lasersintern (SLS)

Die gesamte Prozesseinrichtung von SLS besteht aus einem Pulverzylinder und einem Formzylinder. Der Kolben des Pulverzylinders hebt sich und der Pulverstreuer verteilt das Pulver gleichmäßig auf dem Formzylinder. Der Computer steuert die zweidimensionale Scan-Trajektorie des Laserstrahls nach dem Schnittmodell des Prototyps. Es gibt Optionen Geschliffen sintert das feste Pulvermaterial, um eine Schicht des Teils zu bilden. Nachdem eine Schicht fertiggestellt ist, wird der Arbeitskolben um eine Schichtdicke abgesenkt, das Pulverstreusystem mit neuem Pulver bestrichen und der Laserstrahl wird gesteuert, um die neue Schicht zu scannen und zu sintern. Dieser Zyklus wiederholt sich Schicht für Schicht, bis das dreidimensionale Teil entsteht.

Nanopartikelstrahl-Metallumformung (NPJ)

Wie wir alle wissen, verwendet die gewöhnliche Metall-3D-Drucktechnologie das Laserschmelzen oder Lasersintern von Metallpulverpartikeln, während die Nanopartikel-Jet-Metallumformung (NPJ) eine flüssige Form anstelle von Pulver verwendet. Diese Metalle werden in flüssiger Form in ein Rohr gewickelt und in einen 3D-Drucker eingelegt. Wenn das Metall 3D-gedruckt wird, wird es mit „heißem Metall“ besprüht und geformt, das Metallnanopartikel enthält. Der Vorteil ist, dass das Metall mit geschmolzenem Eisen bedruckt wird, das gesamte Modell runder wird und normale Tintenstrahldruckköpfe als Werkzeuge verwendet werden können. Wenn der Druck abgeschlossen ist, wird die Baukammer erhitzt, um die überschüssige Flüssigkeit zu verdampfen, sodass nur der Metallteil übrig bleibt.

Selektives Laserschmelzen (SLM)

Das Grundprinzip der laserselektiven Schmelztechnologie besteht darin, Pro/e, UG, CATIA und andere dreidimensionale Modellierungssoftware zu verwenden, um das dreidimensionale Volumenmodell des Teils auf dem Computer zu entwerfen und dann das dreidimensionale Modell zu schneiden und zu schichten durch die Slicing-Software, um die Kontur jedes Abschnitts zu erhalten Daten, der Füllscanpfad wird aus den Konturdaten generiert, und das Gerät steuert den Laserstrahl, um Bereiche auszuwählen, um die Metallpulvermaterialien jeder Schicht gemäß diesen Füllscanlinien zu schmelzen , und stapeln sie nach und nach zu dreidimensionalen Metallteilen. Bevor der Laserstrahl scannt, schiebt der Pulverstreuer zunächst das Metallpulver auf die Grundplatte des Formzylinders. Der Laserstrahl füllt dann die Scanlinie der aktuellen Schicht, um den Bereich zum Aufschmelzen des Pulvers auf der Grundplatte auszuwählen, um die aktuelle Schicht zu bearbeiten, und dann wird der Formzylinder um eins abgesenkt Der Abstand zwischen der Schichtdicke, der Pulverzylinder steigt an einer bestimmten Dicke verteilt die Pulverstreuvorrichtung dann das Metallpulver auf der bearbeiteten aktuellen Schicht, das Gerät überträgt die Daten der nächsten Schichtkontur zur Bearbeitung und die Bearbeitung erfolgt Schicht für Schicht, bis die gesamten Teile bearbeitet sind.

Lasernahe Netzformung (LENS)

Die Laser Near Net Shaping (LENS)-Technologie verwendet das Prinzip des gleichzeitigen Betriebs von Laser- und Pulverzufuhr. Der Computer schneidet das 3D-CAD-Modell des Teils in Schichten, um die 2D-Ebenenkonturdaten des Teils zu erhalten, die in die Bewegungsbahn des CNC-Arbeitstisches umgewandelt werden. Gleichzeitig wird das Metallpulver mit einer bestimmten Pulverfördergeschwindigkeit in den Laserfokussierbereich gefördert und schnell aufgeschmolzen und erstarrt. Durch die Schicht für Schicht von Punkten, Linien und Flächen wird schließlich eine endkonturnahe Teileinheit erhalten. Das Formteil erfordert keine oder nur eine geringe Bearbeitung. verwendbar sein. LENS kann die formlose Herstellung von Metallteilen realisieren, wodurch eine Menge Kosten eingespart werden.

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