3D -принтеры исследуются для таких использований, как печать этого единственного штукового руля для олимпийского гоночного велосипеда. Уменьшение количества форм дефектов позволило бы им стать значительно легче, добавив побед. Кредит: Проф. И. Тодд, Университет Шеффилда, Великобритания
Критические компоненты безопасности для гоночных автомобилей самолетов и Формулы 1 могут однажды быть напечатаны 3D с помощью новой техники, разработанной исследователями в UCL и Университете Гринвича, что существенно снижает недостатки в производственном процессе.
Техника была разработана после того, как команда использовала расширенную рентгеновскую визуализацию для наблюдения за причинами недостатков, которые образовались в сложных компонентах металлических сплавов с 3D-печати. Если этот метод становится широко развернутым, он может сделать ряд этих компонентов, от искусственных суставов тазобедренного сустава до частей самолетов, более сильных и прочных.
Исследование, опубликованное в Науканаблюдает за силами, которые играют во время лазерной 3D-печати металлических сплавов в беспрецедентных деталях и в режиме реального времени.
Чтобы сделать это, команда выполнила высокоскоростную рентгеновское изображение производственного процесса в Синхротроне «Синхротрон Advanced Photon Source» (APS) в Чикаго, чтобы записать сложное взаимодействие между лазерным пучком и металлическим сырью в течение времени гораздо меньше чем тысяча секунды.
Это позволило им увидеть создание небольших пор в начинке в компоненте в результате пара, генерируемого, когда лазер растопил металлические сплавы, и причина нестабильности в замочной скважине, которая приводит к дефектам в 3D-печатных частях.
Лазер, типичный для принтера из металлического сплава в 3D -принтере, колеблется сильно образует замочную скважину в форме «J», которая нестабильна и часто рушится, оставляя поры (вверху). Когда применяется подходящее магнитное поле (внизу), замочная скважина сохраняет относительно стабильную форму «I», оставляя на 80% меньше и меньше поры. Кредит: Университетский колледж Лондон
Затем команда наблюдала производственный процесс с магнитным полем, примененным к металлическим сплавам в качестве формирования детали, которое, по их мнению, может помочь стабилизировать точку, в которой лазер попадает в расплавленный металл, уменьшая недостатки.
Эта теория оказалась правильной, с 80% снижением образования пор в компонентах, напечатанных при применении подходящего магнитного поля.
Доктор Сяньцян Фан, первый автор исследования из машиностроения UCL, сказал: «Когда лазер нагревает металл, он становится жидкостью, но также производит пар. Этот пара образует шлейф, который выделяет расплавленный металл, образуя J- Форма депрессия.
«Когда мы применяем магнитное поле к этому процессу, термоэлектрические силы вызывают поток жидкости, который помогает стабилизировать отверстие, так что оно напоминает форму« я », без хвоста, чтобы сломаться, когда оно разрывается».
В 3D-печати металлических сплавов на основе лазерной на основе сплавов с компьютером расплавляется слои металлического порошка для образования сложных твердых форм. Это позволяет производству компонентов сплава с непревзойденной сложностью для использования в высокоценных продуктах в широком спектре секторов, от титановых велосипедных частей до биомедицинских протезирования.
3D -печать замены металлических суставов, таких как эта вертлужная чашка для замены тазобедренного сустава, является революционизацией ортопедической хирургии. Сделать их легче и сильнее может позволить новое поколение дизайнов. Кредит: Проф. И. Тодд, Университет Шеффилда, Великобритания
Чтобы получить толстые слои на быстрых скоростях, лазер очень сосредоточен на толщине человеческих волос, создавая расплавленный бассейн с депрессией паров в форме замочной скважины вблизи передней части. Тем не менее, эта замочная скважина может быть нестабильной и создавать пузырьки, которые становятся полями в конечном компоненте, влияя на механическую долговечность.
Профессор Питер Ли, старший автор исследования из машиностроения UCL, сказал: «Хотя поры замочной скважины в этих типах компонентов были известны на протяжении десятилетий, стратегии по предотвращению их образования остались в значительной степени неизвестны. Одна вещь, которая иногда показала, что иногда было показано, что время от времени показали, что время от времени показали, что время от времени показали, что иногда показали, что время Помощь — это применение магнитного поля, но результаты не были повторяемыми, и механизм, с помощью которого он работает, оспаривается.
«В этом исследовании мы смогли наблюдать за производственным процессом в беспрецедентных деталях, снимая изображения в 100 000 раз в секунду, как с магнитами, так и без них, чтобы показать, что термоэлектрические силы могут быть использованы для значительного снижения пористости замочной скважины.
«В реальных терминах это означает, что у нас есть знания, которые нам необходимы для создания более качественных компонентов 3D-печати, которые будут длиться намного дольше и расширяют использование в новые критические приложения безопасности, от аэрокосмической до формулы 1.»
Перед тем, как понять это исследование, производителям необходимо будет преодолеть несколько технических проблем, чтобы включить магнитные поля в свои производственные линии. Авторы говорят, что этот перевод, вероятно, займет несколько лет, но влияние на это будет значительным.
Четверо из авторов с одной из своих буровых установок in situ, которые позволяют 3D-печать, в то время как рентгеновский пучок рентгенсирует процесс более 100 000 раз в секунду. Слева направо: Эндрю Као (Университет Гринвича); Фан Сяньчян, Питер Д. Ли и Чу Лун Алекс Леунг (все UCL). Кредит: Университетский колледж Лондон
Профессор Эндрю Као, старший автор исследования Университета Гринвича, сказал: «Наше исследование проливает свет на физические силы, связанные с этим типом производства, где существует сложная динамика между поверхностным натяжением и вязкими силами.
«Применение магнитного поля разрушает это и дополнительно вводит электромагнитное демпфирование и термоэлектрические силы, и, в этой работе, последнее действует, чтобы полезно стабилизировать процесс.
«С помощью этого нового мощного инструмента мы можем управлять потоком расплава без необходимости изменения материалов для сырья или формы лазерного луча. Мы очень рады, чтобы увидеть, как мы можем применить этот инструмент для разработки уникальных микроструктур, адаптированных для диапазона приложений конечного использования Полем
«Будь то изготовление искусственных бедер или аккумуляторам для электромобилей, улучшения аддитивного производства сделает его быстрее и дешевле в производстве 3D -печатных компонентов, которые также имеют более высокое качество».
Больше информации:
Xianqiang Fan et al., Магнитная модуляция нестабильности замочной скважины во время лазерной сварки и аддитивного производства, Наука (2025). Doi: 10.1126/science.ado8554. www.science.org/doi/10.1126/science.ado8554
Информация журнала:
Наука, предоставленная Университетским колледжем Лондона
Цитирование: Гигантский рентгеновский завод показывает, что магниты могут уменьшить недостатки в 3D-печатных компонентах (2025, 20 февраля), полученные 21 февраля 2025 года из этого документа, подлежат авторским праву. Помимо каких -либо справедливых сделок с целью частного исследования или исследования, никакая часть не может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только для информационных целей.
