Микро-CT объемный рендеринг мультиматериального луча Gyroid, изготовленного из нержавеющей стали с низким содержанием углерода, видна синим цветом и бронзы, виден в апельсине, с использованием системы отключения порошка аэрозота. Кредит: Предоставлено Lab Shape, CIMP-3D и Центром количественной визуализации Penn State
Команда исследователей Penn State использовала новый метод 3D-печати для производства сложной металлической сборки, которая когда-то была возможна только с сваркой: объединяя два металла вместе в одну структуру.
Используя расширенный процесс производства аддитивного производства, известный как мультиматериальное лазерное слияние порошкового слоя, которое может быть вновь приобретенной системой в Центре инновационных материалов Penn State,-исследователи напечатали сложную структуру из смеси низкоуглеродистой стали и бронзы, которая состоит из 90% Mopper и 10%.
Исследователи опубликовали свой подход в NPJ Advanced ManufacturingПолем
«В процессе, называемом селективным осаждением порошка, мы теперь можем растопить несколько порошкообразных металлов в одном слое во время процесса производства аддитивного производства — и мы были первым университетом в сша, который сделал это», — сказала Джеклин Гриффис, кандидат на докторантуру в области машиностроения и первый автор статьи. «Прекрасные порошки диаметром десятки микрон, почти как мука. Мы можем выборочно осадить порошок с разрешением на уровне микрон, а затем растопите его вместе с лазером».
Исследователи использовали селективную систему осаждения порошка аэрозота, которую CIMP-3D, приобретенная в августе 2023 года, для печати и проверки металлической части. Система была интегрирована в существующую машину 3D Systems Prox320 AM в лаборатории систем гибрид-аддитивного процесса (SHAME) в CIMP-3D. Гриффис сказал, что металлическая часть высотой на одном месте включает в себя тысячи слоев металлического порошка, и для печати требуется несколько часов.
Крупным планом вида строительной пластины испытательных квадратов с первым спеченным слоем из трех металлов: нержавеющая сталь, нерель и чистая медь. Тестовые квадраты продемонстрировали производство с несколькими материалами с добавлением металлов с использованием новой системы селективного осаждения порошка CIMP-3D. Кредит: Предоставлено Shape Lab, CIMP-3D и 3D Systems
«Теперь у нас есть технология обработки для печати этих многотационных металлических деталей, а также способ контролировать пул расплава и наблюдать и решать потенциальные проблемы в режиме реального времени»,-сказал автор-соответствующий автор Гуха Маногаран, доцент машиностроения, руководитель лаборатории Shape и со-директор CIMP-3D. «Чтобы сделать это, мы производим цифровой 3D-рендеринг детали с помощью компьютерной томографии, который мы используем для поиска пор, трещин на границе интерфейса или дефектов микронного масштаба».
При печати двух металлов в одном порошке одновременно исследователи должны были решить сложные вопросы по условиям обработки и качеству части. В этой статье они сосредоточились на анализе ориентации на сборку детали, чтобы понять, что изменится, если часть будет напечатана в вертикальном положении, плоской или на его стороне.
«В нашем анализе мы подключили ориентацию сборки детали с рядом наблюдений о структуре, включая такие дефекты, как растрескивание и пористость, межфазные микроструктуры и способы, которые элементы рассеиваются или смешиваются по всему границе», — сказал Гриффис. «Затем мы подключили эти напечатанные дефекты с производительностью части».
Их готовая структура представляет собой сложную форму, известную как гиреоид, которая используется в таких приложениях, как теплообменники и биомедицинские имплантаты. Исследователи выбрали форму Gyroid, чтобы продемонстрировать возможности нового производственного процесса-только слияние с мультиматериальным лазерным порошковым слоем может создать форму мультиматериального гиреида.
«Penn State всегда был лидером в производстве металлических добавок, но теперь у нас есть возможность изготовить сложные многонациональные детали, где мы можем не только создавать сложные конструкции, но и контролировать именно то, где находится каждый материал»,-сказал Маногаран. «Чтобы добраться до полного производства, мы должны понять причины дефектов на основе материалов и условий производства, чтобы решить вопрос о том, почему детали не удались на интерфейсах».
В будущих исследованиях исследователи будут использовать систему мониторинга в процессе процесса для преобразования метода 3D-печати в более надежный, готовый к производству метод. Они также планируют включить другие металлические сплавы в слияние с несколькими материалами для лазерного порошка, например, Inconel и Copper.
Больше информации:
JC Griffis et al., Многоматериальное лазерное порошковое слияние: влияние ориентации сборки на дефекты, структура материала и механические свойства, NPJ Advanced Manufacturing (2025). Doi: 10.1038/s44334-025-00020-5
Предоставлено Университетом штата Пенсильвания
Цитирование: Помимо сварки: исследователи 3D-печать Одна сложная структура, содержащая два металла (2025, 3 апреля), полученные 4 апреля 2025 года из этого документа, подлежит 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.
