Можно ли использовать несколько металлических материалов для печати одного и того же промышленного компонента?

一 Технический принцип: основная идея выбора материалов и управления интерфейсом
Основная цель Multi - Металлическая 3D -печать - получить два или более металлов, чтобы объединить металлургически. Есть два основных способа сделать это: плавление порошкового слоя (SLM/L - PBF) и направленное осаждение энергии (DED). Например, технология SLM должна выходить за рамки трех больших технологических препятствий для печати с несколькими металлами:
Контроль совместимости материала
Выберите металлическую комбинацию, которая имеет разницу с температурой плавления менее 200 градусов, и разница в коэффициентах термического расширения менее 10%. NASA использует смесь GRCOP - 42 медного сплава (точка плавления 1083 градуса) и HR - 1 1-температурный сплав на основе никеля (точка плавления 1390 градусов), чтобы создать металлургическую связь между двумя материалами в переходном слое 0,3 мм. Они делают это, контролируя лазерную плотность энергии (120-150 J/MM ³) и скорость сканирования (800-1200 мм/с). Прочность на растяжение на границе раздела составляет 420 МПа, что на 60% выше, чем у типичных методов пайки.
Реконструкция метода для рассеивания порошка
Старый способ распределения порошка только с одним материалом не работает для Multi - металлического чередующегося осаждения. Лаборатория Fraunhofer IGCV создала электростатическое адсорбционное распределительное устройство, которое может выборочно адсорбировать различные металлические порошки путем доставки электростатического поля -5000 В на строительную платформу. Система распространяет порошок медного сплава CW106C (внутренний слой) и 1,2709 стальной порошок (внешний слой) очень точно, сделав камерную камерную долю медного стальной куртки. Скорость восстановления порошка составляет 98%, что в три раза лучше, чем стандартное распространение механического скребка.
Динамическое управление параметрами процесса
Для разнообразных областей материала Multi - Металлическая печать должна изменить лазерную мощность, технику сканирования и другие настройки в режиме реального времени. Технология осаждения Meltio 3E использует умные датчики, чтобы следить за температурой расплавленного пула в режиме реального времени (с ошибкой ± 5 градусов). Он также автоматически регулирует параметры осаждения для титанового сплава (лазерная мощность 400 Вт) и алюминиевый сплав (лазерная мощность 250 Вт). Этот метод делает кронштейны с авиационным двигателем из титанового сплава и алюминиевого сплава. Площадь титанового сплава имеет твердость HRC 38, а область алюминиевого сплава имеет уровень удлинения 18%, что на 25% выше, чем в печатных характеристиках отдельных материалов.
2, Общее использование: переход от лаборатории к заводской практике
1. Аэрокосмическая промышленность: делая камеру сгорания легче и лучше управлять теплом
Камера сгорания ракетного двигателя должна обрабатывать промывку газа при 3000 градусов и жидкое кислородное охлаждение при - 180 градусов. Чтобы связать подкладку из медного сплава с никелем - оболочкой сплава на основе традиционного производства, используется взрывная сварка. Эта процедура может занять до шести месяцев. Немецкая группа Safran использовала процедуру SLM, чтобы сделать медь - стальной биметаллической камеры сгорания. Используя многометаллическую технологию 3D-печати, они смогли сократить время производства пополам и сделать камеру на 40% легче. Основным инновацией является использование функционально оцениваемого дизайна материала. Между медным сплавом (GRCOP-84) и сталью (316L) существует нищевое переходное слое толщиной 0,5 мм и сталь (316 л). Этот слой плавно изменяет коэффициент термического расширения с 16,5 × 10 ⁻⁶/ степень до 12,8 × 10 ⁻⁶/ степень, что избавляется от концентрации напряжения между границей.
2. Энергетическое оборудование: производственная революция конформных каналов охлаждения
При производстве инъекционных форм традиционные каналы охлаждающей воды в основном являются линейными из -за пределов обработки. Это заставляет температурные поля в форме быть неравномерными (с отклонениями до 30 градусов), что ухудшает качество формования продукта. Биметаллическая техника SLM от Aerosint Prints Prints Copper сплав (CUCR1ZR) охлаждающие каналы внутри вставки формы, что делает охлаждение в три раза более эффективным. Этот метод сокращает время, необходимое для охлаждения автомобильных форм с бамперами от 45 секунд до 18 секунд, сокращает использование энергии для одного - производства на 60%, и делает формы длиться более 2 миллионов раз.
3. Biomedical: настройка производительности индивидуальных имплантатов
Искусственные суставы, изготовленные из титанового сплава, нуждаются в долгое время для интеграции с костью (от 6 до 12 месяцев). Команда из Северо -Западного Политехнического университета создала титановую биметаллическую 3D -печатную технологию, которая утроила силу связи между имплантатами и костной ткани. Это было сделано путем отложения тантала (TA) пористых структур (пористость 65%, размер пор 500 мкм) на поверхности титанового сплава (TI6AL4V). Клинические данные указывают на то, что имплантат тазобедренного сустава, использующий эту технику, достигает скорости интеграции кости в 92% через три месяца после - хирургии, следовательно, снижая продолжительность реабилитации на 50% по сравнению с обычными имплантами из титана.
3, Проблемы с технологиями и тенденциями на будущее
Несмотря на то, что Multi - Металлическая 3D -печать перенесла из лаборатории в реальное мир, все еще есть три большие проблемы, которые необходимо решить, прежде чем ее можно будет использовать в широком масштабе:
Надежность материальных интерфейсов
Разница в том, как металлы расширяются при нагревании, может легко привести к образованию трещин на границе раздела. Добавив NANO - частицы NBC размером с NBC (50–100 нм) на стали - интерфейса меди, исследовательская группа MIT смогла повысить прочность на межфазное соединение с 280 МПа до 410 МПа и сократить скорость распространения трещин на 80%.
Стоимость и эффективность оборудования
Multi - Металлическое оборудование SLM стоит в 3–5 раза больше, чем одиночное - материальное оборудование, а скорость распространения порошка составляет всего 60% от - материального оборудования. Технология распределения параллельного порошка Siemens, которая использует две электростатические адсорбционные головки, работающие вместе, увеличила процесс распространения порошка до 1200 мм/с и сократила стоимость печати на 45%.
Нет системы для стандартов
В настоящее время не существует глобального стандарта качества для Multi - металлической 3D -печати. Проект стандарта ISO/ASTM 52912 предполагает показатели, такие как «ширина перехода материала, меньше или равна 0,5 мм», а «прочность связывания интерфейса больше или равна 80% материала матрицы». Это планируется официально выпущен в 2026 году.
В течение следующих пяти лет Multi - Металлическая 3D -печать будет двигаться в направлении «четыре модернизации»:
Система с разнообразными материалами: создание новых комбинаций металлов, которые легкие и сильные, включая титановый магний и скандальный алюминий
Управление процессами интеллектуального процесса: использование цифровой технологии Twin для улучшения процесса печати в режиме реального времени
Интегрирующие модули оборудования: изготовление композитных деталей, которые сочетают в себе аддитивное производство, термообработку и обработку
Расширение количества мест, где его можно использовать: заставить его работать в широком масштабе в таких областях, как ядерная энергия и Deep - Морское оборудование