Vários materiais de metal podem ser usados ​​para imprimir o mesmo componente industrial?

一, princípio técnico: a idéia básica por trás da escolha de materiais e controle da interface
O principal objetivo da impressão 3D de metal multi - é conseguir que dois ou mais metais se fundem metalurgicamente. Existem duas maneiras principais de fazer isso: derretimento do leito em pó (SLM/L - PBF) e deposição de energia direcionada (DED). Por exemplo, a tecnologia SLM precisa ir além de três grandes obstáculos tecnológicos para imprimir com vários metais:
Controle da compatibilidade do material
Escolha uma combinação de metal que tenha uma diferença de ponto de fusão inferior a 200 graus e uma diferença de coeficiente de expansão térmica inferior a 10%. A NASA usa uma mistura de GRCOP - 42 liga de cobre (ponto de fusão 1083 graus) e HR - 1 liga de alta temperatura baseada em níquel (ponto de fusão 1390 graus) para criar uma ligação metalúrgica entre os dois materiais em uma camada de transição de 0,3 mm. Eles fazem isso controlando a densidade de energia do laser (120-150 J/mm ³) e a velocidade de varredura (800-1200 mm/s). A resistência à tração na interface é de 420 MPa, 60% maior que a dos métodos típicos de brasagem.
Renovação do método para dispersão em pó
A maneira antiga de distribuir em pó com apenas um material não funciona para a deposição alternada de metal multi -. O laboratório Fraunhofer IGCV criou um dispositivo de espalhamento de pó de adsorção eletrostático que pode adsorver seletivamente diferentes pós de metal, fornecendo um campo eletrostático de -5000V à plataforma de construção. O sistema espalha o pó de liga de cobre CW106C (a camada interna) e o pó de aço 1.2709 (a camada externa) com muita precisão enquanto faz com que a câmara de impulso da jaqueta de aço de cobre. A taxa de recuperação em pó é de 98%, o que é três vezes melhor que a propagação padrão do raspador mecânico.
Gerenciamento dinâmico de parâmetros de processo
Para diversas áreas materiais, a impressão de metal multi - precisa alterar a energia do laser, a técnica de digitalização e outras configurações em tempo real. A tecnologia de deposição de metais 3E de Meltio usa sensores inteligentes para ficar de olho na temperatura do pool fundido em tempo real (com um erro de ± 5 graus). Ele também ajusta automaticamente os parâmetros de deposição para liga de titânio (potência a laser de 400W) e liga de alumínio (potência do laser de 250W). Este método faz com que os suportes do motor de aviação com liga de titânio e liga de alumínio. A área da liga de titânio tem uma dureza da HRC 38, e a área da liga de alumínio tem uma taxa de alongamento de 18%, 25% maior que o desempenho de impressão de materiais únicos.
2, Uso comum: Mudando do laboratório para a prática da fábrica
1. Aeroespacial: tornando a câmara de combustão mais clara e melhor no gerenciamento do calor
A câmara de combustão de um motor de foguete deve lidar com a descarga de gás a 3000 graus e o resfriamento de oxigênio líquido a - 180 graus. Para vincular o revestimento de liga de cobre com o níquel - shell de liga baseado na fabricação tradicional, a soldagem explosiva é usada. Este procedimento pode levar até seis meses. O grupo safran alemão usou o procedimento SLM para fazer um cobre - câmara de combustão bimetálica de aço. Ao usar a tecnologia de impressão 3D multimetal, eles conseguiram cortar o tempo de fabricação ao meio e tornar a câmara 40% mais leve. A principal inovação é o uso do design de material com classificação funcional. Existe uma camada de transição de nicralia de 0,5 mm de espessura entre a liga de cobre (GRCOP-84) e o aço (316L). Essa camada altera suavemente o coeficiente de expansão térmica de 16,5 × 10 ⁻⁶/ grau para 12,8 × 10 ⁻⁶/ grau, que se livra da concentração de tensão da interface.
2. Equipamento energético: a revolução de fabricação de canais de resfriamento conforme
Na produção de moldes de injeção, os canais de água de resfriamento tradicionais são principalmente lineares devido aos limites de processamento. Isso faz com que os campos de temperatura no molde sejam desiguais (com variações de até 30 graus), o que prejudica a qualidade da moldagem do produto. A técnica bimetálica SLM bimetálica da Aerosint imprime os canais de resfriamento de cobre (CUCR1ZR) dentro das inserções do molde, o que torna o resfriamento três vezes mais eficaz. Este método diminui o tempo necessário para esfriar os moldes de pára -choques de automóveis de 45 segundos para 18 segundos, corta o uso de energia para uma única produção -} em 60%e faz com que os moldes durem mais de 2 milhões de vezes.
3. Biomédica: Personalizando o desempenho de implantes personalizados
As articulações artificiais feitas de liga de titânio precisam de muito tempo para se integrar ao osso (6 a 12 meses). Uma equipe da Northwestern Polytechnical University criou uma tecnologia de impressão 3D bimetálica de Titanium Tantalum que triplicou a força do vínculo entre os implantes e o tecido ósseo. Isso foi feito depositando estruturas porosas de tântalo (TA) (porosidade 65%, tamanho de poro 500 μm) na superfície da liga de titânio (Ti6al4V). Evidências clínicas indicam que o implante da articulação do quadril utilizando essa técnica atinge uma taxa de integração óssea de 92% três meses após -}, reduzindo a duração da reabilitação em 50% em comparação com os implantes convencionais de liga de titânio.
3, problemas com tecnologia e tendências para o futuro
Embora a impressão 3D de metal multi - tenha se mudado do laboratório para o mundo real, ainda existem três grandes problemas que precisam ser resolvidos antes que possam ser usados ​​em larga escala:
Confiabilidade das interfaces materiais
A diferença na forma como os metais se expandem quando aquecido pode facilmente causar rachaduras na interface. Ao adicionar partículas NBC de tamanho nano - (50–100 nm) no aço - interface de cobre, a equipe de pesquisa do MIT conseguiu aumentar a força de ligação interfacial de 280 MPa para 410 MPa e cortar a taxa de propagação de trincas em 80%.
Custo e eficiência do equipamento
Multi - O equipamento SLM de metal custa 3 a 5 vezes mais que o equipamento de material - único, e a velocidade de espalhamento em pó é de apenas 60% da única - equipamento de material. A tecnologia de espalhamento de pó paralela da Siemens, que usa duas cabeças de adsorção eletrostática que trabalham juntas, acelerou o processo de espalhamento em pó para 1200 mm/se cortou o custo de imprimir uma peça em 45%.
Nenhum sistema para padrões
Não existe um padrão de qualidade global para impressão 3D de Multi - no momento. O padrão ISO/ASTM 52912 sugere indicadores como "largura da zona de transição do material menor ou igual a 0,5 mm" e "força de ligação de interface maior ou igual a 80% do material da matriz". Está planejado para ser lançado oficialmente em 2026.
Nos próximos cinco anos, a impressão 3D Multi - Metal se moverá na direção de "Quatro Modernizações":
Um sistema com uma variedade de materiais: fazendo novas combinações de metais leves e fortes, incluindo titânio magnésio e escândio de alumínio
Controle de Processo Smart: Usando a Tecnologia Twin Digital para melhorar o processo de impressão em tempo real
Integração de módulos de equipamentos: Fazendo peças compostas que combinam fabricação aditiva, tratamento térmico e usinagem
Expandindo o número de lugares onde pode ser usado: fazendo com que funcione em larga escala em áreas como energia nuclear e profundo - equipamento do mar