Nhiều vật liệu kim loại có thể được sử dụng để in cùng một thành phần công nghiệp không?

, Nguyên tắc kỹ thuật: Ý tưởng cơ bản đằng sau việc chọn vật liệu và kiểm soát giao diện
Mục tiêu chính của Multi - in 3D kim loại là lấy hai hoặc nhiều kim loại để hợp nhất với nhau về mặt kim loại. Có hai cách chính để làm điều này: tan chảy giường bột (SLM/L - PBF) và lắng đọng năng lượng theo hướng (DED). Ví dụ, công nghệ SLM cần vượt ra ngoài ba rào cản công nghệ lớn để in bằng một số kim loại:
Kiểm soát khả năng tương thích vật liệu
Chọn một sự kết hợp kim loại có chênh lệch điểm nóng chảy dưới 200 độ và chênh lệch hệ số giãn nở nhiệt dưới 10%. NASA sử dụng hỗn hợp GRCOP - 42 Hợp kim đồng (điểm nóng chảy 1083 độ) và HR - 1 Hợp kim nhiệt độ cao dựa trên niken (điểm nóng chảy 1390 độ) để tạo liên kết luyện kim giữa hai vật liệu trong lớp chuyển đổi 0,3mm. Họ làm điều này bằng cách kiểm soát mật độ năng lượng laser (120-150 J/mM) và tốc độ quét (800-1200 mm/s). Độ bền kéo tại giao diện là 420 MPa, cao hơn 60% so với các phương pháp hàn điển hình.
Cải tạo phương pháp phân tán bột
Cách cũ để phân phối bột chỉ với một vật liệu không hoạt động cho đa - sự lắng đọng xen kẽ kim loại. Phòng thí nghiệm Fraunhofer IGCV đã tạo ra một thiết bị trải bột hấp phụ tĩnh điện có thể hấp phụ các loại bột kim loại khác nhau bằng cách cung cấp trường tĩnh điện -5000V cho nền tảng xây dựng. Hệ thống lây lan bột hợp kim đồng CW106C (lớp bên trong) và bột thép 1.2709 (lớp ngoài) rất chính xác trong khi làm buồng đẩy áo khoác bằng thép đồng. Tốc độ thu hồi bột là 98%, tốt hơn ba lần so với sự lan truyền bột máy cạo cơ học tiêu chuẩn.
Quản lý động của các tham số quy trình
Đối với các khu vực vật liệu khác nhau, Multi - in kim loại phải thay đổi công suất laser, kỹ thuật quét và các cài đặt khác trong thời gian thực. Công nghệ lắng đọng kim loại 3E của Meltio sử dụng các cảm biến thông minh để theo dõi nhiệt độ của nhóm nóng chảy trong thời gian thực (với lỗi ± 5 độ). Nó cũng tự động điều chỉnh các tham số lắng đọng cho hợp kim titan (công suất laser là 400W) và hợp kim nhôm (công suất laser là 250W). Phương pháp này làm cho các khung động cơ hàng không ra khỏi hợp kim titan và hợp kim nhôm. Vùng hợp kim Titan có độ cứng của HRC 38 và diện tích hợp kim nhôm có tỷ lệ kéo dài 18%, cao hơn 25% so với hiệu suất in của các vật liệu đơn.
2, Sử dụng phổ biến: Chuyển từ phòng thí nghiệm sang thực hành nhà máy
1. Hàng không vũ trụ: Làm cho buồng đốt nhẹ hơn và tốt hơn trong việc quản lý nhiệt
Phòng đốt của động cơ tên lửa phải xử lý xả khí ở 3000 độ và làm mát oxy lỏng ở - 180 độ. Để liên kết lớp lót hợp kim đồng với vỏ niken - dựa trên sản xuất truyền thống, hàn nổ được sử dụng. Thủ tục này có thể mất đến sáu tháng. Nhóm Safran của Đức đã sử dụng quy trình SLM để tạo ra một buồng đốt bằng đồng -. Bằng cách sử dụng công nghệ in 3D đa kim loại, họ có thể cắt giảm thời gian sản xuất một nửa và làm cho buồng nhẹ hơn 40%. Sự đổi mới chính là việc sử dụng thiết kế vật liệu được phân loại chức năng. Có một lớp chuyển tiếp nicraly dày 0,5mm giữa hợp kim đồng (GRCOP-84) và thép (316L). Lớp này thay đổi một cách trơn tru hệ số giãn nở nhiệt từ 16,5 × 10 ⁻⁶/ độ lên 12,8 × 10 ⁻⁶/ độ, giúp loại bỏ nồng độ ứng suất giao diện.
2. Thiết bị năng lượng: Cuộc cách mạng sản xuất các kênh làm mát phù hợp
Trong việc sản xuất khuôn phun, các kênh nước làm mát truyền thống chủ yếu là tuyến tính vì giới hạn xử lý. Điều này làm cho các trường nhiệt độ trong khuôn không đồng đều (với phương sai lên đến 30 độ), làm suy yếu chất lượng của việc đúc sản phẩm. Kỹ thuật SLM lưỡng kim của Aerosint in các kênh làm mát hợp kim đồng (CUCR1ZR) bên trong các chèn khuôn, giúp làm mát hiệu quả hơn ba lần. Phương pháp này rút ngắn thời gian để làm mát khuôn bội thu ô tô từ 45 giây xuống còn 18 giây, cắt giảm sử dụng năng lượng cho sản xuất mảnh- và làm cho khuôn kéo dài hơn 2 triệu lần.
3. Y sinh: Tùy chỉnh hiệu suất của cấy ghép được điều chỉnh
Các khớp nhân tạo làm bằng hợp kim titan cần một thời gian dài để tích hợp với xương (6 đến 12 tháng). Một nhóm từ Đại học Bách khoa Tây Bắc đã tạo ra một công nghệ in 3D bimetallic Titanium đã tăng gấp ba sức mạnh của mối liên kết giữa cấy ghép và mô xương. Điều này được thực hiện bằng cách lắng đọng các cấu trúc xốp tantalum (TA) (độ xốp 65%, kích thước lỗ rỗng 500 μm) trên bề mặt hợp kim titan (TI6AL4V). Bằng chứng lâm sàng chỉ ra rằng cấy ghép khớp hông sử dụng kỹ thuật này đạt được tỷ lệ tích hợp xương là 92% ba tháng sau phẫu thuật -, do đó giảm 50% thời gian phục hồi so với cấy ghép hợp kim titan thông thường.
3, Các vấn đề về công nghệ và xu hướng cho tương lai
Mặc dù Multi - in 3D kim loại đã chuyển từ phòng thí nghiệm sang thế giới thực, nhưng vẫn có ba vấn đề lớn cần được giải quyết trước khi nó có thể được sử dụng ở quy mô rộng:
Độ tin cậy của giao diện vật liệu
Sự khác biệt về cách kim loại mở rộng khi được làm nóng có thể dễ dàng khiến các vết nứt hình thành tại giao diện. Bằng cách thêm Nano - Các hạt NBC có kích thước (50 Ném100nm) tại giao diện đồng bằng thép -, nhóm nghiên cứu MIT có thể tăng cường sức mạnh liên kết giao thoa từ 280 MPa xuống 410 MPa và cắt giảm tỷ lệ lan truyền vết nứt bằng 80%.
Chi phí và hiệu quả của thiết bị
Multi - Thiết bị SLM kim loại có giá gấp 3 lần 5 lần so với đơn - thiết bị vật liệu và tốc độ lan truyền bột chỉ là 60% so với thiết bị vật liệu -. Công nghệ trải bột song song của Siemens, sử dụng hai đầu hấp phụ tĩnh điện hoạt động cùng nhau, đã tăng tốc quá trình trải bột xuống còn 1200 mm/s và cắt giảm chi phí in một mảnh xuống 45%.
Không có hệ thống cho các tiêu chuẩn
Không có tiêu chuẩn chất lượng toàn cầu cho Multi - in 3D kim loại tại thời điểm này. Dự thảo tiêu chuẩn ISO/ASTM 52912 cho thấy các chỉ số như vậy "chiều rộng vùng chuyển tiếp vật liệu nhỏ hơn hoặc bằng 0,5mm" và "cường độ liên kết giao diện lớn hơn hoặc bằng 80% vật liệu ma trận". Nó được lên kế hoạch để được phát hành chính thức vào năm 2026.
Trong năm năm tới, Multi - in 3D kim loại sẽ di chuyển theo hướng của "Bốn hiện đại hóa":
Một hệ thống với nhiều loại vật liệu: tạo ra sự kết hợp mới của các kim loại nhẹ và mạnh mẽ, bao gồm cả magiê titan và nhôm scandium
Kiểm soát quy trình thông minh: Sử dụng công nghệ sinh đôi kỹ thuật số để cải thiện quy trình in trong thời gian thực
Tích hợp các mô -đun thiết bị: Tạo các bộ phận tổng hợp kết hợp sản xuất phụ gia, xử lý nhiệt và gia công
Mở rộng số lượng nơi có thể sử dụng: Làm cho nó hoạt động ở quy mô rộng ở các khu vực như năng lượng hạt nhân và Deep - Thiết bị biển