Czy do drukowania tego samego komponentu przemysłowego można użyć wielu materiałów metalowych?

一, Zasada techniczna: podstawowa idea wyboru materiałów i kontrolowania interfejsu
Głównym celem drukowania 3D Multi - jest uzyskanie dwóch lub więcej metali do połączenia metalurgicznego. Istnieją dwa główne sposoby na to: topienie złoża proszkowego (SLM/L - PBF) i skierowane osadzanie energii (ded). Na przykład technologia SLM musi wykraczać poza trzy duże technologiczne blokady dróg, aby wydrukować z kilkoma metalami:
Kontrola kompatybilności materiałowej
Wybierz kombinację metalową, która ma różnicę temperatury topnienia mniejszej niż 200 stopni i różnicę współczynnika rozszerzania cieplnego mniejszym niż 10%. NASA używa mieszanki GRCOP - 42 stopu miedzi (stopień topnienia 1083 stopnia) i HR - 1 stop z wysokiej temperatury (stopień topnienia 1390 stopnia), aby utworzyć wiązanie metalurgiczne między dwoma materiałami w warstwie przejściowej 0,3 mm. Robią to, kontrolując gęstość energii laserowej (120-150 J/mm ³) i prędkość skanowania (800-1200 mm/s). Wytrzymałość na rozciąganie na interfejsie wynosi 420 MPa, czyli o 60% wyższą niż w przypadku typowych metod lutowania.
Renowacja metody rozpraszania proszku
Stary sposób dystrybucji proszku z tylko jednym materiałem nie działa dla wielopoziomowego złoża na przemian metalowy. Laboratorium Fraunhofer IGCV stworzyło urządzenie do rozprzestrzeniania proszku elektrostatycznego adsorpcji, które może selektywnie adsorbować różne metalowe proszki, dostarczając pole elektrostatyczne -5000 V na platformę budowlaną. System rozprzestrzenia proszek CW106C z stopu miedzi (warstwa wewnętrzna) i proszek stalowy 1,2709 (warstwa zewnętrzna), jednocześnie tworząc komorę pchnięcia miedzianego stalowego. Szybkość odzysku proszku wynosi 98%, czyli trzy razy lepsze niż standardowe mechaniczne rozprzestrzenianie się proszku do skrobaka.
Dynamiczne zarządzanie parametrami procesu
W przypadku różnorodnych obszarów materialnych druk metalowy Multi - musi zmienić energię laserową, technikę skanowania i inne ustawienia w czasie rzeczywistym. Technologia osadzania metalu Melio 3E wykorzystuje inteligentne czujniki, aby mieć oko na temperaturę stopionego puli w czasie rzeczywistym (z błędem ± 5 stopni). Automatycznie dostosowuje również parametry osadzania stopu tytanowego (moc lasera 400 W) i stopu aluminium (moc lasera 250 W). Ta metoda sprawia, że ​​wsporniki silnika lotniczego z stopu tytanu i stopu aluminium. Obszar stopu tytanu ma twardość HRC 38, a obszar stopu aluminium ma wskaźnik wydłużenia wynoszący 18%, czyli o 25% wyższy niż wydajność drukowania pojedynczych materiałów.
2, powszechne użycie: przechodzenie z laboratorium do praktyki fabrycznej
1. Aerospace: Sprawiając, że komora spalania i lepsza w zarządzaniu ciepłem
Komora spalania silnika rakietowego musi obsługiwać płukanie gazu przy 3000 stopni i ciekłe chłodzenie tlenu przy - o 180 stopni. Aby połączyć podszewkę stopu miedzi z niklu - skorupą stopową w tradycyjnej produkcji, stosuje się spawanie wybuchowe. Ta procedura może potrwać do sześciu miesięcy. Niemiecka grupa Safran zastosowała procedurę SLM do wykonania miedzi - stalowej komory spalania bimetalicznego. Korzystając z wielofunkcyjnej technologii drukowania 3D, byli w stanie skrócić czas produkcji o połowę i sprawić, że komora o 40% lżejsza. Główną innowacją jest zastosowanie funkcjonalnie stopniowanego projektowania materiałów. Istnieje warstwa przejściowa Nikrala o grubości 0,5 mm między stopem miedzi (GRCOP-84) a stalą (316L). Warstwa ta płynnie zmienia współczynnik rozszerzania cieplnego z 16,5 × 10 ⁻⁶/ stopień do 12,8 × 10 ⁻⁶/ stopień, który pozbywa się stężenia naprężeń interfejsu.
2. Sprzęt energetyczny: rewolucja produkcyjna konformalnych kanałów chłodzących
W produkcji pleśni wtryskowej tradycyjne kanały wody chłodzącej są głównie liniowe ze względu na granice przetwarzania. Powoduje to, że pola temperaturowe w formie są nierówne (z wariancjami do 30 stopni), co zaburza jakość formowania produktu. Bimetaliczna technika SLM w Aerosint drukuje kanały chłodzące ze stopu miedzi (CUCR1ZR) wewnątrz wkładek formy, co sprawia, że ​​chłodzenie trzykrotnie skuteczniejsze. Ta metoda skraca czas, jaki potrzebuje na ostygnięcie motoryzacyjnego zderzaka z 45 sekund do 18 sekund, ogranicza zużycie energii dla produkcji pojedynczej - o 60%i sprawia, że ​​formy trwają ponad 2 miliony razy.
3. Biomedyczne: Dostosowanie wydajności implantów dopasowanych
Sztuczne stawy wykonane ze stopu tytanowego wymagają długiego czasu na zintegrowanie z kością (6 do 12 miesięcy). Zespół z Northwestern Polytechnical University stworzył technologię drukowania 3D tytanu tantalum 3D, która potroiła siłę wiązania między implantami a tkanką kostną. Dokonano tego przez osadzanie porowatych struktur tantalu (TA) (porowatość 65%, wielkość porów 500 μm) na powierzchni stopu tytanowego (TI6AL4V). Dowody kliniczne wskazują, że implant stawu biodrowego wykorzystujący tę technikę osiąga wskaźnik integracji kości 92% trzy miesiące po operacji -, zmniejszając czas trwania rehabilitacji o 50% w porównaniu z konwencjonalnymi implantami stopu tytanowego.
3, Problemy z technologią i trendy na przyszłość
Mimo że druk metalowy 3D Multi - przeniósł się z laboratorium do rzeczywistego świata, nadal istnieją trzy duże problemy, które należy rozwiązać, zanim będzie można go użyć na szeroką skalę:
Niezawodność interfejsów materialnych
Różnica w rozszerzaniu się metali po podgrzewaniu może łatwo powodować utworzenie pęknięć na interfejsie. Dodając cząstki NBC Nano - (50–100 nm) na interfejsie miedzi -, zespół badawczy MIT był w stanie zwiększyć siłę wiązania międzyfazowego z 280 MPa do 410 MPa i zmniejszyć propagację pęknięć o 80%.
Koszt i wydajność sprzętu
Metalowy sprzęt SLM Multi - kosztuje 3–5 razy więcej niż pojedynczy sprzęt materiałowy -, a prędkość rozprzestrzeniania proszku wynosi tylko 60% prędkości pojedynczego sprzętu materiałowego -. Technologia równoległego rozprzestrzeniania proszku Siemensa, która wykorzystuje dwie elektrostatyczne głowice adsorpcji, które współpracowały, przyspieszyła proces rozprzestrzeniania się proszku do 1200 mm/s i obniżył koszt drukowania jednego kawałka o 45%.
Brak systemu standardów
W tej chwili nie ma globalnego standardu jakości dla Multi -. Projekt standardu ISO/ASTM 52912 sugeruje wskaźniki, takie jak „szerokość strefy przejścia materiału mniejsza lub równa 0,5 mm” i „wytrzymałość wiązania interfejsu większa lub równa 80% materiału macierzy”. Planowane jest oficjalnie zwolnione w 2026 r.
W ciągu najbliższych pięciu lat drukowanie metalowe 3D Multi - porusza się w kierunku „czterech modernizacji”:
System z różnorodnymi materiałami: tworzenie nowych kombinacji metali, które są lekkie i silne, w tym tytanowe magnez i sandyum aluminiowe
Inteligentna kontrola procesu: wykorzystanie cyfrowej technologii podwójnej w celu poprawy procesu drukowania w czasie rzeczywistym
Integracja modułów sprzętu: tworzenie części kompozytowych łączących produkcję addytywną, obróbką cieplną i obróbką
Rozszerzanie liczby miejsc, w których można go użyć: doprowadzenie go do pracy na szeroką skalę w obszarach takich jak energia jądrowa i głębokie - sprzęt morski