Чи можна використовувати кілька металевих матеріалів для друку одного і того ж промислового компонента?

一, Технічний принцип: Основна ідея вибору матеріалів та управління інтерфейсом
Основна мета Multi - Металевий 3D -друк - отримати два або більше металів, щоб злитись разом металурурсично. Існує два основних способів зробити це: плавлення порошків (SLM/L - PBF) та спрямоване осадження енергії (DED). Наприклад, технологія SLM повинна вийти за рамки трьох великих технологічних блокпостів, щоб надрукувати кілька металів:
Контроль сумісності матеріалу
Виберіть металеву комбінацію, яка має різницю в точці плавлення менше 200 градусів та різницю коефіцієнтів теплового розширення менше 10%. NASA використовує поєднання GRCOP - 42 мідний сплав (точка плавлення 1083 градусів) та HR - 1 високотемпературна сплав на основі нікелю (точка плавлення 1390) для створення металургійного зв’язку між двома матеріалами в перехідному шарі 0,3 мм. Вони роблять це, контролюючи лазерну щільність енергії (120-150 Дж/мм ³) та швидкість сканування (800-1200 мм/с). Міцність на розрив на інтерфейсі 420 МПа, що на 60% вище, ніж у типових методів пайки.
Оновлення методу диспергування порошку
Старий спосіб розповсюдження порошку лише одним матеріалом не працює для мульти - Металевого чергування. Лабораторія Fraunhofer IGCV створила електростатичний пристрій для поширення порошку адсорбції, який може вибірково адсорбувати різні металеві порошки, доставляючи електростатичне поле -5000 В до будівельної платформи. Система розповсюджує порошок з мідним сплавом CW106C (внутрішній шар) та сталевий порошок 1,2709 (зовнішній шар) дуже точно, виготовляючи камеру для тяги мідної сталевої куртки. Швидкість відновлення порошку 98%, що втричі краще, ніж стандартне механічне розповсюдження порошку.
Динамічне управління параметрами процесу
Для різноманітних матеріальних областей мульти - металевий друк повинен змінити потужність лазера, техніку сканування та інші налаштування в режимі реального часу. Технологія осадження металу 3E 3E використовує розумні датчики, щоб стежити за температурою розплавленого пулу в режимі реального часу (з помилкою ± 5 градусів). Він також автоматично регулює параметри осадження для титанового сплаву (лазерна потужність 400 Вт) та алюмінієвий сплав (лазерна потужність 250 Вт). Цей метод робить кронштейни авіаційного двигуна з сплаву титану та алюмінієвого сплаву. Площа сплаву титану має твердість HRC 38, а область алюмінієвого сплаву має швидкість подовження на 18%, що на 25% вище, ніж показники друку одиночних матеріалів.
2, загальне використання: перехід від лабораторії до заводської практики
1. Аерокосмічний: Зробити камеру згоряння легшим і краще керувати теплом
Камера згоряння ракетного двигуна повинна обробляти промивання газу на 3000 градусів, а рідкий кисневий охолодження при - 180 градусів. Щоб зв’язати підкладку з мідного сплаву з нікелем - оболонки сплаву в традиційному виробництві, використовується вибухонебезпечне зварювання. Ця процедура може зайняти до шести місяців. Німецька група SAFRAN використовувала процедуру SLM, щоб зробити мідь - сталеву біметалічну камеру згоряння. Використовуючи багатометальну технологію 3D-друку, вони змогли скоротити час виробництва навпіл і зробити камеру на 40% легшим. Основна інновація - використання функціонально класифікованого дизайну матеріалу. Між мідним сплавом (GRCOP-84) та сталь (316L) існує нікральний шар переходу 0,5 мм. Цей шар плавно змінює коефіцієнт теплового розширення з 16,5 × 10 ⁻⁶ градусів до 12,8 × 10 ⁻⁶/ градуса, що позбавляється від концентрації напруги інтерфейсу.
2. Енергетичне обладнання: Виробнича революція конформних каналів охолодження
У виробництві ін'єкційних форм традиційні канали охолодження водних каналів здебільшого лінійні через межі переробки. Це призводить до того, що температурні поля у формі є нерівномірними (з відхиленнями до 30 градусів), що погіршує якість ліплення продукту. Біметалічна техніка SLM Aerosint друкує мідний сплав (CUCR1ZR) охолоджуючі канали всередині вставки цвілі, що робить охолодження втричі більш ефективними. Цей метод скорочує час, необхідний для охолодження форм -форм автомобілів на бампер від 45 секунд до 18 секунд, скорочує використання енергії для одиночного виробництва - на 60%і робить форми більше ніж 2 мільйони разів.
3. Біомедичний: Налаштування продуктивності індивідуальних імплантатів
Штучні суглоби, виготовлені з титанового сплаву, потребують тривалого часу для інтеграції з кісткою (від 6 до 12 місяців). Команда з Північно -Західного політехнічного університету створила титанову біметалічну технологію 3D -друку Tantalum, яка втричі збільшила міцність зв’язку між імплантатами та кістковою тканиною. Це було зроблено шляхом нанесення пористих структур Tantalum (TA) (пористість 65%, розміри пор 500 мкм) на поверхні титанового сплаву (Ti6Al4V). Клінічні дані свідчать про те, що імплантат тазостегнового суглоба, що використовує цю методику, досягає швидкості інтеграції кісток 92% три місяці після - хірургічного втручання, отже, зменшення тривалості реабілітації на 50% порівняно із звичайними імплантатами титанового сплаву.
3, проблеми з технологіями та тенденціями на майбутнє
Навіть незважаючи на те, що Multi - Металевий 3D -друк перемістився з лабораторії в реальний світ, все ще є три великі проблеми, які потрібно вирішити, перш ніж його можна використовувати в широкому масштабі:
Надійність матеріальних інтерфейсів
Різниця в тому, як розширюються метали при нагріванні, може легко призвести до формування тріщин на інтерфейсі. Додавши нано - розміри частинок NBC (50–100 нм) на сталі - мідний інтерфейс, дослідницька група MIT змогла підвищити міжфазну міцність зв'язку з 280 МПа до 410 МПа і знизити швидкість поширення тріщин на 80%.
Вартість та ефективність обладнання
Multi - Металеве обладнання SLM коштує в 3–5 разів більше, ніж одиночне обладнання матеріалу-, а швидкість розподілу порошків становить лише 60% від одного обладнання для одиночного-. Паралельна технологія розповсюдження порошку Siemens, яка використовує дві електростатичні головки адсорбції, що працюють разом, прискорила процес розповсюдження порошку до 1200 мм/с і скоротити витрати на друк одного штуку на 45%.
Немає системи стандартів
Наразі не існує глобального стандарту якості для Multi - металевого 3D -друку. Стандартний стандарт ISO/ASTM 52912 пропонує показники, такі "ширина перехідної зони матеріалу менше або дорівнює 0,5 мм" та "міцність на зв'язок інтерфейсу більше або дорівнює 80% матричного матеріалу". Планується офіційно звільнити в 2026 році.
У наступні п’ять років мульти - Металевий 3D -друк буде рухатися у напрямку "Чотири модернізації":
Система з різноманітними матеріалами: створення нових комбінацій металів, які є легкими та сильними, включаючи титановий магній та алюмінієвий скандій
Розумне управління процесами: Використання цифрової технології Twin для вдосконалення процесу друку в режимі реального часу
Інтеграція модулів обладнання: виготовлення композитних деталей, що поєднують виробництво добавок, термообробка та обробка
Розширення кількості місць, де його можна використовувати: змусити його працювати в широкому масштабі в таких районах, як ядерна енергетика та глибоке - морське обладнання