Fasilitas X-Ray Raksasa menunjukkan bahwa magnet dapat mengurangi kekurangan dalam komponen cetak 3D

Komponen kritis keselamatan untuk pesawat balap pesawat dan formula 1 suatu hari nanti dapat dicetak 3D melalui teknik baru, yang dikembangkan oleh para peneliti di UCL dan University of Greenwich, yang secara substansial mengurangi ketidaksempurnaan dalam proses pembuatan.

Teknik ini dikembangkan setelah tim menggunakan pencitraan x-ray canggih untuk mengamati penyebab ketidaksempurnaan yang terbentuk dalam komponen paduan logam cetak 3D kompleks. Jika teknik ini menjadi banyak digunakan, ia dapat membuat berbagai komponen ini, dari sambungan pinggul buatan hingga bagian pesawat, lebih kuat dan lebih tahan lama.

Studi ini mengamati kekuatan yang berperan selama pencetakan 3D berbasis laser dari paduan logam dalam detail yang belum pernah terjadi sebelumnya dan secara real time.

Untuk melakukan ini, tim melakukan pencitraan x-ray synchrotron berkecepatan tinggi dari proses pembuatan di Synchrotron Sumber Foton Advanced (APS) di Chicago, untuk merekam interaksi yang kompleks antara sinar laser dan bahan baku logam selama rentang waktu jauh lebih sedikit dari seperseribu detik.

Ini memungkinkan mereka untuk melihat pembuatan pori-pori kecil berbentuk lubang kunci dalam komponen sebagai akibat dari uap yang dihasilkan ketika laser melelehkan paduan logam, dan penyebab ketidakstabilan di lubang kunci yang mengarah pada cacat pada bagian cetak 3D.

Tim kemudian mengamati proses pembuatan dengan medan magnet yang diterapkan pada paduan logam saat bagian terbentuk, yang mereka hipotesis dapat membantu menstabilkan titik di mana laser mengenai logam cair, mengurangi ketidaksempurnaan.

Teori ini terbukti benar, dengan pengurangan 80% dalam pembentukan pori dalam komponen yang dicetak sementara medan magnet yang tepat diterapkan.

Dr Xianqiang Fan, penulis pertama studi dari UCL Mechanical Engineering, mengatakan: “Ketika laser memanaskan logam, ia menjadi cair, tetapi juga menghasilkan uap. Uap ini membentuk bulu yang mendorong logam cair terpisah, membentuk berbentuk J. Depresi.

“Ketika kita menerapkan medan magnet pada proses ini, gaya termoelektrik menyebabkan aliran fluida yang membantu menstabilkan lubang sehingga menyerupai bentuk 'I', tanpa ekor untuk terputus ketika riak.”

Dalam pencetakan 3D berbasis laser dari paduan logam, laser yang dikendalikan komputer melelehkan lapisan bubuk logam untuk membentuk bentuk padat yang kompleks. Ini memungkinkan produksi komponen paduan dengan kompleksitas yang tak tertandingi untuk digunakan dalam produk bernilai tinggi di berbagai sektor, dari bagian sepeda titanium hingga prosthetics biomedis.

Untuk mendapatkan lapisan tebal dengan kecepatan cepat, laser sangat fokus pada sekitar ketebalan rambut manusia, menciptakan kolam cair dengan depresi uap berbentuk lubang kunci di dekat bagian depan. Namun, lubang kunci ini dapat menjadi tidak stabil dan membuat gelembung yang menjadi pori -pori di komponen akhir, memengaruhi daya tahan mekanis.

Profesor Peter Lee, penulis senior penelitian dari UCL Mechanical Engineering, mengatakan: “Meskipun pori -pori lubang kunci dalam jenis komponen ini telah diketahui selama beberapa dekade, strategi untuk mencegah pembentukan mereka tetap sebagian besar tidak diketahui. Satu hal yang telah terbukti kadang -kadang kadang -kadang Bantuan adalah menerapkan medan magnet, tetapi hasilnya belum dapat diulang dan mekanisme yang digunakannya disengketakan.

“Dalam penelitian ini kami dapat menonton proses pembuatan dengan detail yang belum pernah terjadi sebelumnya dengan menangkap gambar lebih dari 100.000 kali per detik, baik dengan dan tanpa magnet, untuk menunjukkan bahwa gaya termoelektrik dapat digunakan untuk mengurangi porositas lubang kunci secara signifikan.

“Secara nyata, ini berarti bahwa kita memiliki pengetahuan yang kita butuhkan untuk membuat komponen cetak 3D berkualitas lebih tinggi yang akan bertahan lebih lama dan memperluas penggunaan ke dalam aplikasi kritis keselamatan baru, dari aerospace ke Formula 1.”

Sebelum wawasan dari penelitian ini dapat diterapkan, produsen perlu mengatasi beberapa tantangan teknis untuk memasukkan medan magnet ke dalam jalur produksinya. Para penulis mengatakan terjemahan ini kemungkinan akan memakan waktu beberapa tahun, tetapi dampak dari melakukan hal itu akan menjadi signifikan.

Profesor Andrew Kao, penulis senior penelitian dari University of Greenwich, mengatakan: “Penelitian kami menyoroti kekuatan fisik yang terlibat dalam jenis manufaktur ini, di mana ada dinamika yang rumit antara tegangan permukaan dan kekuatan kental. Menerapkan medan magnet. mengganggu ini dan lebih lanjut memperkenalkan redaman elektromagnetik dan gaya termoelektrik dan, dalam pekerjaan ini, yang terakhir bertindak untuk menstabilkan proses secara menguntungkan.

“Dengan alat baru yang kuat ini, kami dapat mengontrol aliran leleh tanpa perlu memodifikasi bahan bahan baku atau bentuk balok laser. Kami sangat senang melihat bagaimana kami dapat menerapkan alat ini untuk mengembangkan struktur mikro unik yang dirancang untuk berbagai aplikasi penggunaan akhir akhir .

“Apakah itu membuat pinggul buatan atau paket baterai untuk kendaraan listrik, perbaikan dalam manufaktur aditif akan membuatnya lebih cepat dan lebih murah untuk menghasilkan komponen cetak 3D yang juga berkualitas lebih tinggi.”

Video

• Laser yang khas dari printer paduan logam printer 3D terosilasi sangat membentuk lubang kunci berbentuk J yang tidak stabil dan runtuh sering meninggalkan pori-pori (atas). Ketika medan magnet yang tepat diterapkan (bawah), lubang kunci mempertahankan bentuk 'I' yang relatif stabil, meninggalkan pori -pori 80% lebih sedikit. Kredit: UCL.

Matt Midgley

(0) 20 3108 6995

Email: M.Midgley [at] ucl.ac.uk

• University College London, Gower Street, London, WC1E 6BT (0) 20 7679 2000