Сила в цифрах для 3-D печати

3d-печать, ИноСМИ Комментарии к записи Сила в цифрах для 3-D печати отключены

Источник: CC0 Public Domain

Аддитивное производство, также называемое 3-D печатью, обычно используется для создания сложных трехмерных объектов, слой за слоем. Исследователи A * STAR показали, что этот процесс также может сделать высокопрочный сплав еще более прочным.

Кобальт-хром-железо-никель-марганец (CoCrFeNiMn) известен как сплав с высокой энтропией. Обнаруженный в 2004 году, он особенно хорошо выдерживает разрушения в суровых условиях окружающей среды, таких как низкие температуры. Чтобы сделать деталь из сплава, исследователи обычно разливают расплавленный металл в отливку, дают ему остыть и затем доводят его до нужной формы. Однако это может быть трудоемким и дорогостоящим способом изготовления сложных деталей. В принципе, аддитивное производство может пропустить этап механической обработки для непосредственного изготовления сложных деталей.

Nai Mui Ling Sharon из Сингапурского института производственных технологий A * STAR (SIMTech), ее коллеги и международные сотрудники показали, что метод аддитивного производства, называемый селективным лазерным плавлением (selective laser melting, SLM), хорошо подходит для изготовления компонентов из CoCrFeNiMn. В этом процессе используется мощный лазерный луч для плавления крошечных частиц порошка сплава, которые затем плавятся, превращаясь в твердый объект. Примечательно, что исследователи обнаружили, что процесс на самом деле производит более прочный материал, чем обычные методы литья. «Материал обладает повышенной прочностью и относительно хорошей пластичностью», — говорит Zhu Zhiguang, научный сотрудник команды SIMTech, которая проводила исследование.

Исследователи сначала создали предварительно легированный порошок CoCrFeNiMn, содержащий частицы, которые в среднем составляли 36 микрометров в поперечнике. Затем они использовали лазерное плавление, чтобы превратить частицы в кубики шириной 10 миллиметров или плоские стержни по 90 миллиметров. Они также варьировали мощность лазера и скорость его сканирования по частицам сплава, чтобы понять, как различные условия печати влияют на характеристики сплава.

Анализ образцов выявил ряд особенностей, определяющих свойства материала. Например, он содержал микроскопические ванны расплава, скорее миниатюрные сварные швы, которые удерживали материал вместе. Материал также содержал удлиненные кристаллические зерна, которые были приблизительно 13 микрометров в поперечнике; эти зерна были разделены на более мелкие «клетки» шириной менее одного микрометра. Исследователи обнаружили, что эти клетки сыграли решающую роль в укреплении сплава.

Кристаллы содержат регулярный массив атомов, расположенных в повторяющихся узорах. Крупные кристаллы часто довольно легко расщепляются — если атомы в одной части кристалла выскальзывают из своего места, они заставляют соседние атомы проскальзывать совместно, вызывая трещину, проникающую через весь кристалл.

Но материалы, образованные из множества мелких зерен, могут избежать этой проблемы. Это связано с тем, что кристаллическая структура каждого зерна может не совпадать с соседями, поэтому любые атомные дислокации прекращаются, как только они достигают границы зерна.

Крошечные ячейки в сплаве исследователя, кажется, усиливают этот усиливающий эффект, улавливая дислокации и предлагая значительное улучшение прочности материала. Один из изготовленных сплавов, произведенный с использованием оптимизированных условий печати, мог выдержать напряжение в 510 MPa , прежде чем он начал постоянно деформироваться. Это почти вдвое больше напряжения, с которым может справиться традиционно приготовленный сплав CoCrFeNiMn.

Затем исследователи нагревали свои объекты  трехмерной печати при 900 градусах Цельсия в течение одного часа в инертной атмосфере. Это частично удалило ячеистую структуру и уменьшило прочность материала, но также сделало материал более пластичным, что позволило ему деформироваться больше.

Исследователи надеются, что настройка процессов 3-D печати может еще больше улучшить механические свойства материалов. Они также планируют использовать селективное лазерное плавление для изготовления других высокоэффективных сплавов, что позволит изучать, как микроскопическая структура материалов влияет на их свойства. «Благодаря этому пониманию мы будем лучше подготовлены к тому, чтобы адаптировать свойства материала для промышленного применения и помочь ускорить внедрение аддитивного производства», — говорит Най.

Источник: https://phys.org/news/2019-03-strength-d.html

Рекомендуем для Вас


© Интернет журнал "ЛАЗЕРНЫЙ МИР", 2019
Напишите нам:
laser.w@yandex.ru

Back to Top