Dapatkah beberapa bahan logam digunakan untuk mencetak komponen industri yang sama?

一, Prinsip Teknis: Ide dasar di balik memilih bahan dan mengendalikan antarmuka
Tujuan utama multi - pencetakan 3D logam adalah untuk mendapatkan dua atau lebih logam untuk menyatu bersama secara metalurgi. Ada dua cara utama untuk melakukan ini: peleburan bedeng bubuk (slm/l - pbf) dan deposisi energi terarah (ded). Misalnya, teknologi SLM perlu melampaui tiga hambatan teknologi besar untuk mencetak dengan beberapa logam:
Kontrol kompatibilitas material
Pilih kombinasi logam yang memiliki perbedaan titik leleh kurang dari 200 derajat dan perbedaan koefisien ekspansi termal kurang dari 10%. NASA menggunakan campuran GRCOP - 42 Paduan Tembaga (titik lebur 1083 derajat) dan HR - 1 paduan suhu tinggi berbasis nikel (titik lebur 1390 derajat) untuk membuat ikatan metalurgi antara dua bahan dalam lapisan transisi 0,3mm. Mereka melakukan ini dengan mengendalikan kepadatan energi laser (120-150 J/mm ³) dan kecepatan pemindaian (800-1200 mm/s). Kekuatan tarik pada antarmuka adalah 420 MPa, yang 60% lebih tinggi dari metode membakar khas.
Renovasi metode untuk menyebarkan bubuk
Cara lama mendistribusikan bubuk dengan hanya satu bahan tidak berfungsi untuk deposisi bergantian logam multi -. Laboratorium IGCV Fraunhofer menciptakan perangkat penyebaran bubuk adsorpsi elektrostatik yang dapat secara selektif menyerap bubuk logam yang berbeda dengan mengirimkan medan elektrostatik -5000V ke platform konstruksi. Sistem ini menyebarkan bubuk paduan tembaga CW106C (lapisan dalam) dan bubuk baja 1.2709 (lapisan luar) dengan sangat akurat saat membuat ruang dorong jaket baja tembaga. Tingkat pemulihan bubuk adalah 98%, yang tiga kali lebih baik daripada penyebaran bubuk scraper mekanis standar.
Manajemen Dinamis Parameter Proses
Untuk area material yang beragam, multi - pencetakan logam harus mengubah kekuatan laser, teknik pemindaian, dan pengaturan lainnya secara real time. Teknologi Deposisi Logam 3E Meltio menggunakan sensor pintar untuk mengawasi suhu kolam cair secara real time (dengan kesalahan ± 5 derajat). Ini juga secara otomatis menyesuaikan parameter deposisi untuk paduan titanium (daya laser 400W) dan paduan aluminium (daya laser 250W). Metode ini membuat kurung mesin penerbangan dari paduan titanium dan paduan aluminium. Area paduan titanium memiliki kekerasan HRC 38, dan area paduan aluminium memiliki tingkat perpanjangan 18%, yang 25% lebih tinggi dari kinerja pencetakan bahan tunggal.
2, Penggunaan Umum: Pindah dari Lab ke Praktek Pabrik
1. Aerospace: Membuat Ruang Pembakaran lebih ringan dan lebih baik dalam mengelola panas
Ruang pembakaran mesin roket harus menangani pembilasan gas pada 3000 derajat dan pendinginan oksigen cair di - 180 derajat. Untuk menautkan lapisan paduan tembaga dengan nikel - cangkang paduan berbasis di manufaktur tradisional, pengelasan eksplosif digunakan. Prosedur ini dapat memakan waktu hingga enam bulan. Grup Safran Jerman menggunakan prosedur SLM untuk membuat tembaga - baja baja ruang pembakaran bimetal. Dengan menggunakan teknologi pencetakan 3D multi-logam, mereka dapat memotong waktu pembuatan menjadi dua dan membuat ruang 40% lebih ringan. Inovasi utama adalah penggunaan desain material bertingkat fungsional. Ada lapisan transisi Nicraly setebal 0,5mm antara paduan tembaga (GRCOP-84) dan baja (316L). Lapisan ini dengan lancar mengubah koefisien ekspansi termal dari 16,5 × 10 ⁻⁶/ derajat menjadi 12,8 × 10 ⁻⁶/ derajat, yang menghilangkan konsentrasi tegangan antarmuka.
2. Peralatan Energi: Revolusi Manufaktur Saluran Pendinginan Konformal
Dalam produksi cetakan injeksi, saluran air pendingin tradisional sebagian besar linier karena batas pemrosesan. Hal ini menyebabkan bidang suhu dalam cetakan tidak rata (dengan varian hingga 30 derajat), yang merusak kualitas cetakan produk. Teknik SLM bimetal Aerosint mencetak saluran pendingin Copper Alloy (CUCR1ZR) di dalam sisipan cetakan, yang membuat pendinginan tiga kali lebih efektif. Metode ini memperpendek waktu yang diperlukan untuk mendinginkan cetakan bumper mobil dari 45 detik menjadi 18 detik, memotong penggunaan energi untuk produksi- tunggal sebesar 60%, dan membuat cetakan berlangsung lebih dari 2 juta kali.
3. Biomedis: Menyesuaikan kinerja implan yang disesuaikan
Sendi buatan yang terbuat dari paduan titanium membutuhkan waktu yang lama untuk berintegrasi dengan tulang (6 hingga 12 bulan). Sebuah tim dari Northwestern Polytechnical University telah menciptakan Titanium tantalum Bimetallic 3D Technology yang telah melipatgandakan kekuatan ikatan antara implan dan jaringan tulang. Ini dilakukan dengan menyimpan struktur berpori tantalum (TA) (porositas 65%, ukuran pori 500 μm) pada permukaan paduan titanium (ti6al4V). Bukti klinis menunjukkan bahwa implan sendi pinggul yang menggunakan teknik ini mencapai tingkat integrasi tulang 92% tiga bulan pasca - pembedahan, karenanya mengurangi durasi rehabilitasi sebesar 50% dibandingkan dengan implan paduan titanium konvensional.
3, masalah dengan teknologi dan tren untuk masa depan
Meskipun multi - pencetakan 3D logam telah pindah dari lab ke dunia nyata, masih ada tiga masalah besar yang perlu diselesaikan sebelum dapat digunakan dalam skala luas:
Keandalan antarmuka material
Perbedaan dalam bagaimana logam berkembang ketika dipanaskan dapat dengan mudah menyebabkan retakan terbentuk pada antarmuka. Dengan menambahkan nano -} partikel NBC berukuran (50–100 nm) pada baja - antarmuka tembaga, tim peneliti MIT mampu meningkatkan kekuatan ikatan antarmuka dari 280 MPa hingga 410 MPa dan memotong laju rambatan retak sebesar 80%.
Biaya dan efisiensi peralatan
Multi - peralatan logam SLM biaya 3–5 kali lebih banyak dari peralatan material - tunggal, dan kecepatan penyebaran bubuk hanya 60% dari peralatan material- tunggal. Teknologi penyebaran bubuk paralel Siemens, yang menggunakan dua kepala adsorpsi elektrostatik yang bekerja bersama, telah mempercepat proses penyebaran bubuk hingga 1.200 mm/s dan memotong biaya pencetakan satu potong sebesar 45%.
Tidak ada sistem untuk standar
Tidak ada standar kualitas global untuk multi - pencetakan 3D logam saat ini. Standar draft ISO/ASTM 52912 menyarankan indikator "lebar zona transisi material kurang dari atau sama dengan 0,5mm" dan "kekuatan ikatan antarmuka lebih besar dari atau sama dengan 80% dari bahan matriks." Direncanakan akan dirilis secara resmi pada tahun 2026.
Dalam lima tahun ke depan, multi - pencetakan 3D logam akan bergerak ke arah "empat modernisasi":
Sistem dengan berbagai bahan: membuat kombinasi baru logam yang ringan dan kuat, termasuk titanium magnesium dan skandium aluminium
Kontrol Proses Cerdas: Menggunakan Teknologi Kembar Digital untuk meningkatkan proses pencetakan secara real time
Mengintegrasikan Modul Peralatan: Membuat Suku Composit yang Menggabungkan Manufaktur Aditif, Perlakuan Panas, dan Pemesinan
Memperluas jumlah tempat di mana ia dapat digunakan: membuatnya bekerja pada skala luas di area seperti tenaga nuklir dan peralatan laut- yang dalam