1. La situació actual de la resistència del metall en la impressió 3D
La pols metàl·lica es fon capa per capa i s'endureix per crear la forma necessària durant la impressió 3D. No obstant això, el complicat gradient de temperatura, el refredament ràpid i les propietats d'apilament capa per capa durant el procés d'impressió fan que la microestructura interior dels metalls variï de les que s'aconsegueixen amb les tècniques de fosa o forja convencionals. La forma del gra, la distribució de fases i els defectes microscòpics, que influeixen en el rendiment i la força del metall imprès en 3D, reflecteixen especialment aquestes variacions.
La força i la ductilitat dels materials metàl·lics s'han compensat durant molt de temps; L'alta resistència normalment resulta de la baixa ductilitat, i viceversa. Però en l'àmbit de la impressió 3D, aquest compromís s'ha fet cada cop més complicat. Tot i que la impressió 3D ofereix innombrables oportunitats per optimitzar el disseny mitjançant la producció de peces metàl·liques amb formes geomètriques i microestructures intricades, la seva força i rendiment de vegades són difícils d'assolir el nivell dels processos convencionals a causa dels diferents microdefectes i la falta d'homogeneïtat del gra introduït durant el procés d'impressió.
2.Tècniques per augmentar la resistència del metall imprès en 3D
Els investigadors han seguit diversos enfocaments per augmentar la resistència dels metalls impresos en 3D.
optimització del disseny de l'aliatge: la microestructura i les característiques del metall es poden canviar molt variant la composició de l'aliatge. Per als aliatges de titani, per exemple, l'ús de molibdè (Mo), pot ajudar a augmentar l'estabilitat de fase i la uniformitat de resistència i ductilitat. Mitjançant l'ús d'un disseny d'aliatge de doble funció, un equip combinat format per la Universitat Tècnica de Dinamarca, la Universitat de Chongqing i la Universitat de Queensland ha obtingut un aliatge de titani imprès en 3D amb homogeneïtat, alta resistència i ductilitat. La seva ductilitat és del 26%; el seu límit elàstic és de 926 MPa.
Mètode de control: procés La microestructura i les qualitats dels metalls estan molt influenciades per paràmetres establerts durant el procés d'impressió, com ara la potència del làser, la velocitat d'escaneig, el gruix de la capa, etc. Els microdefectes es poden minimitzar i la resistència i qualitats del metall es poden millorar optimitzant aquests factors.
Modificació de la microestructura dels grans i enfortiment del límit del gra fi La força i la duresa dels metalls es poden augmentar millorant la forma i la forma del gra. L'ús d'ones ultrasòniques d'alta intensitat, l'ajustament de la configuració de processament o l'addició d'heteroestructures, per exemple, pot ajudar a desenvolupar cristalls equiaxials, de manera que es redueix el desenvolupament de grans columnars i, per tant, l'enfortiment i la ductilitat dels metalls impresos en 3D.
després del processament: després de la impressió, el tractament tèrmic pot ajudar a que la microestructura i les qualitats dels metalls siguin molt millors. No obstant això, cal esmentar que l'elecció acurada dels paràmetres del tractament tèrmic és essencial, ja que el tractament tèrmic pot comportar nous microdefectes o canviar la microestructura original.
3.en lloc d'estudi de cas de resistència metàl·lica tridimensional
Alta resistència i ductilitat dels aliatges de titani: l'addició d'elements de molibdè ha produït aliatges de titani impresos en 3D extremadament homogenis, d'alta resistència i dúctils, tal com s'ha esmentat anteriorment per un equip combinat d'universitats australianes, inclosa la Universitat de Queensland. A més de les seves grans qualitats mecàniques, aquest aliatge de titani té una bona capacitat d'enduriment, la qual cosa obre portes per a usos en sectors d'alt nivell com l'aeroespacial.
L'equip de cooperació de l'Institut de Metalls de l'Acadèmia Xinesa de Ciències i la Universitat de Califòrnia, Berkeley, EUA, ha desenvolupat un aliatge gairebé lliure de porus prop de Net-AM Ti-6Al-4V inventant un nou procés NAMP de regulació pas a pas de defecte i teixit, amb alta resistència a la fatiga. Entre totes les dades de fatiga del material registrades, la resistència a la fatiga a la tracció d'aquest aliatge és de fins a 978MPa, la resistència específica a la fatiga més gran. Aquest èxit mostra els avantatges especials de la tecnologia d'impressió 3D en la fabricació resistent a la fatiga i canvia el coneixement natural de la gent sobre el baix rendiment dels materials d'impressió 3D.
Un equip d'investigació de la Universitat de Purdue ha creat un aliatge d'alumini d'alta resistència per a la impressió 3D. Mitjançant la integració de metalls de transició com el cobalt, el ferro, el níquel i el titani a l'alumini per generar compostos intermetàl·lics deformables a nanoescala, multicapa i en capes, van crear un nou tipus d'aliatge d'alumini que combina una gran resistència i una bona capacitat de deformació plàstica. La resistència d'aquest aliatge d'alumini supera els 900 MPa, la qual cosa crea grans oportunitats per a l'ús d'aliatges d'alumini d'alta resistència en diversos sectors.
https://www.china-3dprinting.com/metal-3d-printing/3d-printing-inconel-625-turbine-blades.html