Zespół badawczy kierowany przez Tao Tao, profesora nadzwyczajnego nauk o materiałach i inżynierii na Uniwersytecie Wirginii, dokonał dwóch odkryć, które mogą rozszerzyć produkcję addytywną w przemyśle lotniczym i innych gałęziach przemysłu, które opierają się na mocnych częściach metalowych.

Według raportu stowarzyszenia Manufacturing Technology Association produkcja addytywna przez lata przyczyniała się do produkcji samolotów. Jednak wytwarzanie addytywne powoduje również defekty w mikrostrukturze końcowej części, co ogranicza jej rolę do produkcji rur, elementów wewnętrznych i innych niekrytycznych części. Produkcja przyrostowa części podlegających regulacjom bezpieczeństwa pomoże przemysłowi lotniczemu zrealizować pragnienie skutecznego i stabilnego zarządzania łańcuchem dostaw, a także oszczędności paliwa i redukcji emisji, które towarzyszą lekkim samolotom.

Zespół firmy Sun i współpracownicy odkryli, dlaczego w produkcji przyrostowej części wykonanych z lekkich stopów tytanu o wysokiej wytrzymałości, które są szeroko stosowane w przemyśle lotniczym, występują defekty strukturalne. Dostarczają rysunki procesowe, plany maszyn do wytwarzania części i pomagają producentom uniknąć defektów w popularnej technice wytwarzania przyrostowego zwanej laserowym stapianiem proszków.

Artykuł zespołu „Krytyczna niestabilność końcówki poruszającej się małej dziury tworzy pory podczas topienia laserowego” został opublikowany w numerze „Science” z 27 listopada. Zhao Cang był adiunktem w grupie badawczej Sun w Argonne National Laboratory, a obecnie jest członkiem wydziału Wydziału Inżynierii Mechanicznej Uniwersytetu Tsinghua w Pekinie. Jest współautorem pracy magisterskiej z kolegami z Carnegie Mellon University Argonne University, Utah i UVA. Drugi autor, Niranjan D. Parab, jest również jednym ze stypendystów podoktoranckich w Argonne National Laboratory w Sun i od tego czasu dołączył do Intela.

Zespół badawczy skoncentrował się na dwóch najważniejszych warunkach procesu wytwarzania przyrostowego, a mianowicie mocy lasera i szybkości skanowania. Ustawienie i interakcja tych dwóch warunków są uchwycone na wykresie procesu moc-prędkość. Podobnie jak w przypadku mapy konwencjonalnej, mapa prędkości i mocy wyznacza linię graniczną między obszarem, który ma być obrabiany, a obszarem, którego należy unikać.

Wykres mocy i prędkości można podzielić na dobry obszar i trzy złe obszary. Jeśli producent pozostanie w dobrym obszarze, część prawdopodobnie będzie konsekwentnie produkować części wysokiej jakości. Te dwa złe obszary są łatwe do zidentyfikowania. Jednym z nich jest zjawisko braku fuzji, o czym świadczy nietopiony proszek spowodowany niewystarczającą gęstością mocy lasera. Kiedy pojedyncza linia druku toczy się sama, drugi zły obszar jest reprezentowany przez kulkę, co oznacza, że ​​laser porusza się zbyt szybko.

Sun i zespół skupili się na czwartej strefie. W tym obszarze część będzie miała małe otwory, gdy wyjdzie z procesu produkcyjnego. Ta wada strukturalna nazywana jest porem. Te małe dziurki pojawiają się wewnątrz materiału, co utrudnia dostrzeżenie i kontrolę. Sun powiedział: „Możesz wydrukować wiele linii testowych i nadal nie wiesz, czy na powierzchni części nadal są pory”.

Defekty porów pozostają wyzwaniem w zastosowaniach wrażliwych na zmęczenie, takich jak skrzydła samolotów. W warunkach topienia laserowego o dużej mocy i niskiej prędkości skanowania niektóre pory są związane z głębokimi i wąskimi zagłębieniami pary zwanymi dziurkami od klucza.

Sun i jego zespół odkryli, w jaki sposób powstają pory i mogą scharakteryzować transformację materiałów o wysokiej rozdzielczości przestrzenno-czasowej podczas procesu drukowania 3D. Wykorzystali technikę obrazowania zwaną obrazowaniem rentgenowskim synchrotronowym o dużej szybkości, która monitoruje tworzenie się otworów klatka po klatce podczas całego procesu drukowania laserowego. Przechwytywanie obrazów w odstępach mikrosekundowych wykracza daleko poza to, co ludzkie oko może uchwycić lub ludzki mózg może przetworzyć.

Obrazowanie rentgenowskie z szybkim synchrotronem jest jedyną dostępną metodą jakościowego pomiaru i opisania tego, co się dzieje, gdy wiązka lasera jest narażona na złoże proszku metalowego. Oprócz topienia proszku, laser odparuje również trochę metalu. Para o dużej prędkości wydostaje się z powierzchni roztopionego basenu, tworząc małą wnękę zwaną dziurką od klucza.

Formowanie i wielkość dziurki od klucza zależy od mocy lasera i zdolności materiału do pochłaniania energii lasera. Jeśli ścianka dziurki od klucza jest stabilna, zwiększy to absorpcję lasera otaczających materiałów i poprawi wydajność produkcji laserowej. Jeśli jednak ściana się zatrzęsie lub zapadnie, materiał wokół dziurki od klucza stwardnieje, zatrzymując kieszonkę powietrzną w nowo utworzonej warstwie materiału. Dzięki temu materiał jest bardziej kruchy i łatwiejszy do pękania pod wpływem ciśnienia otoczenia.

Sun opisuje granicę między dobrym i złym obszarem porów jako gładką i przejrzystą. „W bardzo wąskich warunkach pracy lasera specyficzna kombinacja mocy i prędkości oddziela dobrą część od części z porami. Wystarczy przekroczyć granicę między dobrą a złą strefą, aby określić, czy twoja część jest z tą wadą strukturalną” – powiedział Sun. . Opierając się na fizycznych zasadach tak gładkiej i ostrej granicy, Sun wiedział, że podproces działa.

Zespół ostatecznie odkrył, że interakcja laserów i metali generuje fale dźwiękowe.

Sun wyjaśnił, że fale dźwiękowe mogą wchodzić w interakcje z bąbelkami w cieczach na różne sposoby. Pod wpływem siły dźwięku bąbelki mogą się poruszać, deformować, pękać, a nawet zapadać. W tym badaniu zespół badawczy odkrył, że w warunkach laserowych blisko granicy regionu apertury siła dźwięku odgrywa kluczową rolę w odpychaniu apertury od końcówki dziurki od klucza. W przypadku braku fal dźwiękowych w stopionej kałuży otwór zostanie wciągnięty z powrotem do dziurki od klucza.

„To naprawdę zaskakujące” — powiedział Sun. „Lasery krótkoimpulsowe są uważane za źródło fal dźwiękowych w cieczach, ale zaobserwowaliśmy efekty akustyczne podczas korzystania z laserów o fali ciągłej. Oczywiście nadal istnieje wiele interesujących kwestii, które wymagają dalszych badań”.

Dwa odkrycia opisane w czasopiśmie „Science” mają bezpośredni wpływ na wytwarzanie przyrostowe przy użyciu laserów metalowych w zakresie badań podstawowych i stosowanych. Wyraźnie zdefiniowana granica obszaru porów na wykresie prędkości zasilania zapewnia technikom zajmującym się laserową obróbką łoża proszkowego większą pewność w określaniu dobrych warunków drukowania. Jednocześnie nowe obserwacje uzyskane za pomocą synchrotronowego obrazowania rentgenowskiego otworzyły ekscytujące multidyscyplinarne pola badawcze, które przyciągną więcej naukowców do prowadzenia podstawowych badań nad laserową produkcją addytywną.

Zespół badawczy firmy Sun w UVA będzie nadal stosować najbardziej zaawansowane techniki charakteryzacji w celu prowadzenia dogłębnych badań nad procesami wytwarzania przyrostowego i materiałami. Oczekuje się, że technologia wytwarzania przyrostowego zrewolucjonizuje sposób, w jaki produkujemy.

„Wytwarzanie przyrostowe może osiągnąć swój pełny potencjał dopiero wtedy, gdy społeczność naukowa połączy wszystkie piękne zasady fizyczne, które kontrolują złożone interakcje między energią a materiałem w procesie drukowania”.

Współautorami zespołu badawczego są Anthony Rollett, profesor inżynierii materiałowej na Carnegie Mellon University; Kamel Fezzaa, fizyk w Arkham National Laboratory; i University of Judah Wenda Tan, adiunkt inżynierii mechanicznej; Dr Li i dr hab. Student Wydziału Inżynierii Mechanicznej Uniwersytetu Utah.

Link do tego artykułu: 

Przyczynić się do rozwoju wytwarzania przyrostowego w przemyśle lotniczym i innych branżach, które opierają się na mocnych częściach metalowych

Oświadczenie o przedruku: Jeśli nie ma specjalnych instrukcji, wszystkie artykuły na tej stronie są oryginalne. Proszę wskazać źródło przedruku: https://www.cncmachiningptj.com/，thanks！

PTJ® zapewnia pełen zakres niestandardowej precyzji obróbka cnc Chiny usługi. Certyfikat ISO 9001:2015 i AS-9100. Producent obróbki na dużą skalę toreb medycznych, świadcząc usługi projektowania 3D, prototypów i dostaw globalnych. Oferujemy również twarde etui, półtwarde pianki EVA, miękkie szyte etui, woreczki i wiele innych dla producentów OEM. Wszystkie etui są wykonane na zamówienie zgodnie ze specyfikacją z nieskończoną liczbą kombinacji materiały, formy, kieszenie, szlufki, zamki, uchwyty, logotypy i akcesoria. Odporne na wstrząsy, wodoodporne i przyjazne dla środowiska opcje. Części medyczne, reagowanie w sytuacjach awaryjnych, Części elektroniczne, korporacyjnym, edukacyjnym, wojskowym, ochroniarskim, sportowym, outdoorowym i budowlanym. Usługi obejmują konsultacje koncepcji przypadku, projektowanie 3D, prototypowanie, rototypowanie,Wiercenie CNC Usługi i produkcja.Opowiedz nam trochę o budżecie Twojego projektu i przewidywanym czasie realizacji. Opracujemy z Tobą strategię, aby zapewnić najbardziej opłacalne usługi, które pomogą Ci osiągnąć swój cel. Zapraszamy do bezpośredniego kontaktu z nami ( sprzedaz@pintejin.com ).