1. Současná situace ohledně pevnosti kovu ve 3D tisku
Kovový prášek se vrstvu po vrstvě taví a při 3D tisku vytvrzuje, aby vytvořil požadovaný tvar. Nicméně komplikovaný teplotní gradient, rychlé chlazení a vlastnosti vrstvení vrstvy po vrstvě během procesu tisku způsobují, že se vnitřní mikrostruktura kovů liší od mikrostruktury dosažené konvenčními technikami odlévání nebo kování. Tvar zrn, distribuce fází a mikroskopické vady, které ovlivňují výkon a pevnost kovu při 3D tisku, tyto variace odrážejí především.
Pevnost a tažnost kovových materiálů byla dlouho vyměněna; vysoká pevnost obvykle vyplývá z nízké tažnosti a naopak. Ale v oblasti 3D tisku je tento kompromis stále složitější. Zatímco 3D tisk nabízí nespočet příležitostí pro optimalizaci designu výrobou kovových dílů se složitými geometrickými tvary a mikrostrukturami, jeho pevnost a výkon je někdy obtížné dosáhnout úrovně konvenčních procesů kvůli různým mikrodefektům a nehomogenitě zrn, které se objevují během procesu tisku.
2.Techniky pro zvýšení pevnosti kovu na 3D tisku
Výzkumníci použili několik přístupů ke zvýšení pevnosti 3D tištěných kovů.
optimalizace konstrukce slitiny: Mikrostruktura a vlastnosti kovu mohou být výrazně změněny změnou složení slitiny. U titanových slitin může například použití molybdenu (Mo) pomoci zvýšit fázovou stabilitu a jednotnost pevnosti a tažnosti. Použitím konstrukce slitiny s dvojí funkcí byla 3D tištěná titanová slitina se super homogenitou, vysokou pevností a tažností získána kombinovaným týmem zahrnujícím Dánskou technickou univerzitu, Chongqing University a University of Queensland. Jeho tažnost je 26 %; jeho mez kluzu je 926 MPa.
Způsob kontroly: proces Mikrostruktura a kvalita kovů jsou vysoce ovlivněny parametry stanovenými během procesu tisku včetně výkonu laseru, rychlosti skenování, tloušťky vrstvy atd. Optimalizací těchto faktorů lze minimalizovat mikroprasinky a zvýšit pevnost a vlastnosti kovu.
Úprava mikrostruktury zrn a zpevnění hranic jemných zrn Pevnost a tvrdost kovů lze zvýšit zlepšením tvaru a tvaru zrna. Použití ultrazvukových vln s vysokou intenzitou, úprava nastavení zpracování nebo přidání heterostruktur může například pomoci vyvinout rovnoosé krystaly, čímž se sníží vývoj sloupcových zrn, a tím i zpevnění a tažnost 3D tištěných kovů.
po zpracování: Po tisku může tepelné zpracování pomoci k mnohem lepší mikrostruktuře a kvalitě kovů. Nicméně je třeba zmínit, že pečlivý výběr parametrů tepelného zpracování je nezbytný, protože tepelné zpracování může přinést nové mikrochyby nebo změnit původní mikrostrukturu.
3. spíše než případová studie trojrozměrné pevnosti kovu
Vysoká pevnost a tažnost titanových slitin: Přidáním molybdenových prvků vznikly extrémně homogenní, vysoce pevné a tvárné 3D tištěné titanové slitiny, jak již dříve zmínil kombinovaný tým z australských univerzit včetně University of Queensland. Kromě svých skvělých mechanických vlastností má tato slitina titanu dobrou schopnost mechanického zpevnění, což otevírá dveře pro použití v luxusních sektorech včetně letectví.
Tým spolupracující z Ústavu pro kovy Čínské akademie věd a Kalifornské univerzity v Berkeley, USA, vyvinul téměř bezpórovou slitinu Net-AM Ti-6Al-4V tím, že vynalezl nový NAMP proces postupné regulace defektů a tkání s vysokou odolností proti únavě. Mezi všemi zaznamenanými údaji o únavě materiálu je únavová pevnost této slitiny v tahu až 978 MPa, což je největší specifická únavová pevnost. Tento úspěch ukazuje speciální výhody technologie 3D tisku ve výrobě odolné proti únavě a mění přirozené znalosti lidí o nízkém výkonu materiálů pro 3D tisk.
Výzkumný tým Purdue University vytvořil hliníkovou slitinu s extra vysokou pevností vhodnou pro 3D tisk. Integrací přechodných kovů, jako je kobalt, železo, nikl a titan, do hliníku za účelem vytvoření nanoměřítek, vícevrstvých, vrstvených deformovatelných intermetalických sloučenin, vytvořili nový typ hliníkové slitiny kombinující velkou pevnost a dobrou schopnost plastické deformace. Pevnost této hliníkové slitiny přesahuje 900 MPa, což vytváří skvělé příležitosti pro použití vysoce pevných hliníkových slitin v několika odvětvích.
https://www.china-3dprinting.com/metal-3d-printing/3d-printing-inconel-625-turbine-blades.html