חוקרים ב- המרכז לייצור תוסף של אוניברסיטת נוטינגהאם (CfAM), בשיתוף עם המרכז הטכנולוגי לייצור (MTC) ו Autodesk Researchניתחו כיצד כיוון הממשק משפיע על היווצרות פגמים והתפתחות מיקרו-מבנה בהיתוך לייזר אבקת מיטת (LPBF) של IN718 ו-GRCop-42. פורסם ב מכתבי ייצור תוספיםהמחקר מעריך ממשקים אופקיים, אנכיים וזוויתיים כדי לקבוע כיצד רצף השקיעה וכיוון הציפוי מחדש משפיעים על ערבוב סגסוגת ויצירת פאזה בחלקים דו-מתכתיים רלוונטיים לתעופה וחלל.
העבודה מתמקדת ברכיבים כמו תאי בעירת רקטות, שבהם IN718 מספק חוזק בטמפרטורה גבוהה ו-GRCop-42, Cu-Cr-Nb סגסוגת שפותחה על ידי נאס"אמשפר את פיזור החום.
LPBF רב-חומרי באמצעות שקיעת אבקה סלקטיבית
כדי לייצר את הדגימות הבי-מתכתיות, החוקרים השתמשו ב- AconityMIDI+ מערכת LPBF מצוידת בלייזר סיבי איטרביום גל רציף של 1 קילוואט (קוטר נקודתי של 80 מיקרומטר) ו- שאפלר אירוסינט משחזר שיקוע אבקה סלקטיבי (SPD). מערכת ה-SPD מאפשרת הנחת ריבוי חומרים מבוקרת מרחבית במעבר ציפוי מחדש בודד, ומאפשרת להניח אבקות שונות באזורים מוגדרים של כל שכבה.
דגימות יוצרו עם ממשקים אופקיים, ממשקים אנכיים ומעברים בזווית של 45 מעלות בין IN718 ל-GRCop-42. עבור כל גיאומטריה, שני רצפי התצהיר נבדקו. בכמה מבנים, IN718 הופקד על GRCop-42; באחרים, הסדר היה הפוך. כיוון הציפוי מחדש השתנה גם ביחס למישור הממשק כדי להעריך כיצד התפשטות האבקה השפיעה על חלוקת הסגסוגת ועל מבנה המיקרו-פנים.
רצף השקיעה משפיע על פגמים בממשק האופקי
עבור ממשקים אופקיים, סדר התצהיר היה קריטי. כאשר IN718 הופקד על GRCop-42, נוצרו פגמים של חוסר פיוז'ן (LoF) בממשק. הדמיית פיזור לאחור חשפה חלקיקי IN718 שלא נמסו. המחברים מייחסים התנהגות זו למוליכות התרמית הגבוהה של מצע סגסוגת הנחושת, המפזרת חום במהירות ומפחיתה את טמפרטורת בריכת ההיתוך. הגדלת כוח הלייזר במהלך כמה שכבות IN718 הראשונות הפחיתה את הפגמים הללו.
היפוך הרצף שינה את התוצאה. הפקדת GRCop-42 על IN718 לא יצרה פגמי LoF. במקום זאת, ערבוב סגסוגת משמעותי התרחש בממשק. עקיפה של קרני רנטגן הצביעה על שיא קטן נוסף ליד הממשק העולה בקנה אחד עם שלב α-Cr מעוקב במרכז הגוף באזורים עשירים בנחושת מעל קו המעבר, בעוד שדיפרקציה של פיזור לאחור של אלקטרונים (EBSD) חשפה עידון גרגרים ועדויות לצמיחה אפיטקסיאלית.
כיוון ציפוי מחדש משפיע על ממשקים אנכיים וזוויתיים
עבור ממשקים אנכיים וזוויתיים, הכיוון של הממשק ביחס לכיוון הציפוי מחדש שיחק תפקיד קריטי.
כאשר מישור הממשק היה מאונך לכיוון הציפוי מחדש, התרחשה חצייה משמעותית של החומר שהופקד ראשון לאזור השני. במקרים מסוימים, נצפתה נקבוביות הקשורה לאי-סדירות בתצהיר אבקה, להבדיל מהפגמים המונעים על ידי מוליכות תרמית של LoF שנצפו בממשקים אופקיים.
כאשר מישור הממשק היה מיושר במקביל לכיוון הציפוי מחדש, התפתח מעבר קומפוזיציוני הדרגתי על פני הממשק. המחברים מציעים כי אפקט שיפוע זה עשוי לסייע בהפחתת ריכוזי מתח הנגרמים מחוסר התאמה תרמית בין הסגסוגות.
אבולוציה מיקרו-מבנית בממשק
ניתוח מיקרו-סטרוקטורלי גילה הבדלים ברורים המבוססים על התנהגות ערבוב. אזורים עם זיהום משמעותי ב- Ni באזורים העשירים ב-Cu הציגו מעברי גרגירים עמודים-לשווי-צירים ועידון תבואה מקומי, עם גרגירים עדינים יותר הממוקמים באזורים העשירים ב-Cu וגסים יותר שוות-צירים באזורים העשירים ב-Ni-בממשק. בדגימות עם גבולות קומפוזיציה חדים יותר, נשמרו מבנים דנדריטים עמודים.
בסך הכל, המחקר מדגים שכיוון הממשק ביחס הן לכיוון הבנייה והן לכיוון הציפוי מחדש משפיע ישירות על ערבוב סגסוגת, התפתחות פאזה והיווצרות פגמים במבנים דו-מתכתיים מסוג IN718/GRCop-42 LPBF.
בעוד שהכותבים מראים שממשקים ללא פגמים אפשריים בתצורות מסוימות, הם מציינים כי נדרשות בדיקות מתיחה ועייפות נוספות כדי לקבוע כיצד הבדלים מיקרו-מבניים מונעי אוריינטציה משפיעים על הביצועים המכניים ברכיבה תרמית.
אמינות הממשק נותרה מחסום מרכזי בייצור תוספים מרובים למתכות
יוזמות מחקר אחרונות התמקדו באופן דומה באתגר של צירוף מתכות שונות עבור סביבות קיצוניות. תוכנית מחקר בהובלת בריטניה שיטות ייצור תוספים לחומרי אנרגיה היתוך הוא חוקר כיצד ניתן לשלב מתכות כגון טונגסטן ונחושת כדי לעמוד בפני שיפועים תרמיים חמורים. כמו מחקר נוטינגהאם, עבודה זו משקפת מגבלה טכנית רחבה יותר: בעוד שמערכות מרובות מתכת מבטיחות ביצועים תרמיים ומכאניים מותאמים, שליטה אמינה במיקרו-מבנה הממשק נותרת מחסום קריטי בפני פריסה ביישומים בטמפרטורה גבוהה.
ההתקדמות בחומרה מרחיבה גם את יכולות ריבוי החומרים. חוקרים ב ETH ציריך לאחרונה הפגין א מערכת היתוך מיטת אבקה מרובת חומרים במהירות גבוהה נועד לשפר את יעילות מיקום החומר. עם זאת, יכולת המכונה לבדה אינה פותרת את המורכבות המטלורגית. כפי שמצביעים ממצאי נוטינגהם, רצף השקיעה, כיוון הציפוי מחדש וכיוון הממשק יכולים לשנות באופן משמעותי את התנהגות הערבוב והיווצרות פגמים, מה שמצביע על כך שהבנת תהליך-מבנה תהיה חיונית כמו חדשנות חומרה עבור תעופה וחלל ויישומי סביבה קיצונית אחרים.
ה פרסי תעשיית ההדפסה בתלת מימד חזרו. בצע את המועמדויות שלך עכשיו.
האם אתה מפעיל סטארט-אפ להדפסת תלת מימד? הגע לקוראים, למשקיעים פוטנציאליים וללקוחות באמצעות ה תחילת השנה בענף הדפסת תלת מימד תַחֲרוּת.
כדי להישאר מעודכן בחדשות האחרונות בנושא הדפסת תלת מימד, אל תשכח להירשם ל- ניוזלטר תעשיית דפוס תלת מימד או עקבו אחרינו לינקדאין.
בזמן שאתה כאן, למה לא להירשם אלינו יוטיוב עָרוּץ? כולל דיונים, תחקירים, סרטוני וידאו קצרים ושידורים חוזרים של סמינרים מקוונים.
התמונה המוצגת מציגה פיזור לאחור וניתוח קומפוזיציה של ממשקי IN718/GRCop-42 אופקיים המציגים פגמים בהעדר היתוך והתנהגות חידוד גרגרים. תמונה דרך Bulloch et al., Additive Manufacturing Letters.
קישור לכתבת המקור – 2026-02-20 13:50:00
