1. A situação atual em relação à resistência do metal na impressão 3D
O pó metálico é derretido camada por camada e endurecido para criar a forma necessária durante a impressão 3D. No entanto, o complicado gradiente de temperatura, o resfriamento rápido e as propriedades de empilhamento camada por camada durante o processo de impressão fazem com que a microestrutura interna dos metais varie daquelas alcançadas pelas técnicas convencionais de fundição ou forjamento. O formato dos grãos, a distribuição de fases e as falhas microscópicas - que influenciam o desempenho e a resistência do metal impresso em 3D - refletem mais especialmente essas variações.
A resistência e a ductilidade dos materiais metálicos há muito são questionadas; alta resistência geralmente resulta de baixa ductilidade e vice-versa. Mas no domínio da impressão 3D, esta compensação tornou-se cada vez mais complicada. Embora a impressão 3D ofereça inúmeras oportunidades para otimizar o design através da produção de peças metálicas com formas geométricas e microestruturas complexas, a sua resistência e desempenho são por vezes difíceis de atingir o nível dos processos convencionais devido a diferentes microdefeitos e falta de homogeneidade dos grãos introduzidos durante o processo de impressão.
2.Técnicas para aumentar a resistência do metal impresso em 3D
Os pesquisadores seguiram várias abordagens para aumentar a resistência dos metais impressos em 3D.
otimizando o design da liga: A microestrutura e as características do metal podem ser muito alteradas variando a composição da liga. Para ligas de titânio, por exemplo, o uso de molibdênio (Mo) pode ajudar a aumentar a estabilidade de fase e a uniformidade de resistência e ductilidade. Ao usar um design de liga de dupla função, uma liga de titânio impressa em 3D com superhomogeneidade, alta resistência e ductilidade foi obtida por uma equipe combinada composta pela Universidade Técnica da Dinamarca, pela Universidade de Chongqing e pela Universidade de Queensland. Sua ductilidade é de 26%; sua resistência ao escoamento é 926MPa.
Método de controle: processo A microestrutura e as qualidades dos metais são altamente influenciadas por parâmetros estabelecidos durante o processo de impressão, incluindo potência do laser, velocidade de digitalização, espessura da camada, etc. Microfalhas podem ser minimizadas e a resistência e as qualidades do metal melhoradas pela otimização desses fatores.
Modificação da microestrutura dos grãos e fortalecimento dos limites dos grãos finos A resistência e a dureza dos metais podem ser aumentadas melhorando o formato e a forma dos grãos. Usar ondas ultrassônicas de alta intensidade, ajustar configurações de processamento ou adicionar heteroestruturas, por exemplo, pode ajudar no desenvolvimento de cristais equiaxiais, diminuindo assim o desenvolvimento de grãos colunares e, portanto, fortalecendo e ductilidade de metais impressos em 3D.
após o processamento: Após a impressão, o tratamento térmico pode ajudar a melhorar a microestrutura e as qualidades dos metais. No entanto, deve-se mencionar que a escolha cuidadosa dos parâmetros do tratamento térmico é essencial, uma vez que o tratamento térmico pode trazer novas microfalhas ou alterar a microestrutura original.
3. em vez de estudo de caso de resistência metálica tridimensional
Alta resistência e ductilidade de ligas de titânio: A adição de elementos de molibdênio produziu ligas de titânio impressas em 3D extremamente homogêneas, de alta resistência e dúcteis, conforme mencionado anteriormente por uma equipe combinada de universidades australianas, incluindo a Universidade de Queensland. Além de suas excelentes qualidades mecânicas, esta liga de titânio possui boa capacidade de endurecimento por trabalho, o que abre portas para utilizações em setores sofisticados, incluindo o aeroespacial.
A equipe de cooperação do Instituto de Metais da Academia Chinesa de Ciências e da Universidade da Califórnia, Berkeley, EUA, desenvolveu uma liga quase livre de poros perto de Net-AM Ti-6Al-4V, inventando um novo processo NAMP de regulação passo a passo de defeitos e tecidos, com alta resistência à fadiga. Entre todos os dados de fadiga do material registrados, a resistência à fadiga por tração desta liga é tão alta quanto 978MPa, a maior resistência à fadiga específica. Este sucesso mostra os benefícios especiais da tecnologia de impressão 3D na fabricação resistente à fadiga e muda o conhecimento natural das pessoas sobre o baixo desempenho dos materiais de impressão 3D.
Uma equipe de pesquisa da Purdue University criou uma liga de alumínio de alta resistência adequada para impressão 3D. Ao integrar metais de transição como cobalto, ferro, níquel e titânio em alumínio para gerar compostos intermetálicos deformáveis em camadas, em nanoescala e multicamadas, eles criaram um novo tipo de liga de alumínio que combina grande resistência e boa capacidade de deformação plástica. A resistência desta liga de alumínio ultrapassa 900MPa, criando grandes oportunidades para o uso de ligas de alumínio de alta resistência em diversos setores.
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