1. Thực trạng hiện nay về độ bền kim loại trong in 3D
Bột kim loại được nấu chảy từng lớp và cứng lại để tạo ra hình dạng cần thiết trong quá trình in 3D. Tuy nhiên, gradient nhiệt độ phức tạp, làm mát nhanh và đặc tính xếp chồng từng lớp trong quá trình in khiến cấu trúc vi mô bên trong của kim loại khác với cấu trúc đạt được bằng kỹ thuật đúc hoặc rèn thông thường. Hình dạng hạt, sự phân bố pha và các sai sót cực nhỏ - ảnh hưởng đến hiệu suất và độ bền của kim loại được in 3D - phản ánh những biến thể này một cách đặc biệt nhất.
Độ bền và độ dẻo của vật liệu kim loại từ lâu đã bị đánh đổi; cường độ cao thường là kết quả của độ dẻo thấp và ngược lại. Nhưng trong lĩnh vực in 3D, sự đánh đổi này ngày càng trở nên phức tạp hơn. Mặc dù in 3D mang đến vô số cơ hội để tối ưu hóa thiết kế bằng cách sản xuất các bộ phận kim loại có hình dạng hình học và cấu trúc vi mô phức tạp, nhưng độ bền và hiệu suất của nó đôi khi khó đạt được mức độ của các quy trình thông thường do các khuyết tật vi mô khác nhau và tính không đồng nhất của hạt xuất hiện trong quá trình in.
2.Kỹ thuật nâng cao độ bền kim loại in 3D
Các nhà nghiên cứu đã thực hiện theo một số phương pháp để nâng cao độ bền của kim loại in 3D.
tối ưu hóa thiết kế hợp kim: Cấu trúc vi mô và đặc tính của kim loại có thể thay đổi nhiều bằng cách thay đổi thành phần hợp kim. Ví dụ, đối với hợp kim titan, sử dụng molypden (Mo), có thể giúp tăng độ ổn định pha và tính đồng nhất của độ bền và độ dẻo. Bằng cách sử dụng thiết kế hợp kim chức năng kép, một hợp kim titan in 3D có tính đồng nhất cao, độ bền cao và độ dẻo đã được tạo ra bởi một nhóm kết hợp bao gồm Đại học Kỹ thuật Đan Mạch, Đại học Trùng Khánh và Đại học Queensland. Độ dẻo của nó là 26%; cường độ năng suất của nó là 926MPa.
Phương pháp kiểm soát: quy trình Cấu trúc vi mô và chất lượng của kim loại bị ảnh hưởng nhiều bởi các thông số được thiết lập trong quá trình in bao gồm công suất laser, tốc độ quét, độ dày lớp, v.v. Các sai sót vi mô có thể được giảm thiểu và độ bền cũng như chất lượng của kim loại được nâng cao bằng cách tối ưu hóa các yếu tố này.
Sửa đổi cấu trúc vi mô của hạt và tăng cường ranh giới hạt mịn Độ bền và độ cứng của kim loại có thể được nâng lên bằng cách cải thiện hình dạng và hình dạng hạt. Ví dụ, sử dụng sóng siêu âm cường độ cao, điều chỉnh cài đặt xử lý hoặc thêm các cấu trúc dị thể có thể giúp các tinh thể cân bằng phát triển, do đó làm giảm sự phát triển của các hạt dạng cột, từ đó tăng cường độ bền và độ dẻo của kim loại in 3D.
sau khi gia công: Sau khi in, xử lý nhiệt có thể giúp vi cấu trúc và chất lượng của kim loại tốt hơn rất nhiều. Tuy nhiên, cần lưu ý rằng việc lựa chọn cẩn thận các thông số xử lý nhiệt là điều cần thiết vì xử lý nhiệt có thể mang lại những sai sót vi mô mới hoặc thay đổi cấu trúc vi mô ban đầu.
3. thay vì nghiên cứu trường hợp cường độ kim loại ba chiều
Độ bền và độ dẻo cao của hợp kim titan: Việc bổ sung các nguyên tố molypden đã tạo ra các hợp kim titan in 3D cực kỳ đồng nhất, độ bền cao và dẻo như một nhóm kết hợp từ các trường đại học Úc bao gồm Đại học Queensland đã đề cập trước đây. Ngoài chất lượng cơ học tuyệt vời, hợp kim titan này còn có khả năng làm cứng tốt, mở ra cơ hội sử dụng trong các lĩnh vực cao cấp bao gồm cả hàng không vũ trụ.
Nhóm hợp tác của Viện Kim loại thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc và Đại học California, Berkeley, Hoa Kỳ, đã phát triển một loại hợp kim gần như không có lỗ rỗng gần Net-AM Ti-6Al-4V bằng cách phát minh ra một quy trình NAMP mới về khiếm khuyết và điều chỉnh mô từng bước, có khả năng chống mỏi cao. Trong số tất cả các dữ liệu về độ mỏi của vật liệu được ghi lại, độ bền mỏi khi kéo của hợp kim này cao tới 978MPa, độ bền mỏi cụ thể lớn nhất. Thành công này cho thấy những lợi ích đặc biệt của công nghệ in 3D trong sản xuất chống mỏi và thay đổi nhận thức tự nhiên của con người về hiệu suất thấp của vật liệu in 3D.
Một nhóm nghiên cứu của Đại học Purdue đã tạo ra một hợp kim nhôm có độ bền cực cao phù hợp cho in 3D. Bằng cách tích hợp các kim loại chuyển tiếp như coban, sắt, niken và titan vào nhôm để tạo ra các hợp chất liên kim có thể biến dạng nhiều lớp, có kích thước nano, họ đã tạo ra một loại hợp kim nhôm mới kết hợp độ bền lớn và khả năng biến dạng dẻo tốt. Độ bền của hợp kim nhôm này vượt quá 900MPa, tạo cơ hội lớn cho việc sử dụng hợp kim nhôm cường độ cao trong một số lĩnh vực.
https://www.china-3dprinting.com/metal-3d-printing/3d-printing-inconel-625-turbine-blades.html