Для авіалайнерів, вантажних суден, атомних електростанцій та інших критичних технологій міцність і довговічність є важливими. Ось чому багато з них містять надзвичайно міцний, стійкий до корозії сплав під назвою 17-4 нержавіюча сталь із дисперсійним зміцненням (PH). Тепер, вперше, сталь 17-4 PH можна постійно друкувати на 3D-друкі, зберігаючи при цьому її хороші характеристики.
Команда дослідників із Національного інституту стандартів і технологій (NIST), Університету Вісконсін-Медісон і Аргонської національної лабораторії визначила конкретні композиції сталі 17-4, які, надруковані, відповідають властивостям традиційних виготовлена версія. Стратегія дослідників, описана в журналі Additive Manufacturing, базується на високошвидкісних даних про процес друку, які вони отримали за допомогою високоенергетичного рентгенівського випромінювання від прискорювача частинок.
Нові відкриття можуть допомогти виробникам деталей 17-4 PH використовувати 3D-друк для зниження витрат і підвищення гнучкості виробництва. Підхід, використаний для вивчення матеріалу в цьому дослідженні, також може створити основу для кращого розуміння того, як друкувати інші типи матеріалів і прогнозувати їхні властивості та продуктивність.
Незважаючи на свої переваги перед звичайним виробництвом, 3D-друк деяких матеріалів може дати результати, які є надто суперечливими для деяких застосувань. Металевий друк є особливо складним, частково через швидкість, з якою температура змінюється під час процесу.
«Коли ви думаєте про адитивне виробництво металу, ми в основному зварюємо мільйони крихітних частинок порошку в один шматок за допомогою джерела високої потужності, такого як лазер, розплавляючи їх у рідині та охолоджуючи до твердої речовини», — сказав фізик NIST Фан Чжан, співавтор дослідження. «Але швидкість охолодження висока, інколи перевищує мільйон градусів Цельсія на секунду, і цей екстремальний нерівноважний стан створює надзвичайний набір проблем із вимірюванням».
3D друк лазером і металевим порошком
Лазерний тривимірний 3D-принтер порошкового шару в дії. Лазерне сплавлення порошкового шару додає послідовні шари металевого порошку, а потім за допомогою лазера розплавляє кожен шар на місці створюваної деталі.
Оскільки матеріал нагрівається та охолоджується дуже швидко, композиція чи кристал Структура атомів у матеріалі рухається швидко, і її важко визначити, сказав Чжан. Не розуміючи, що відбувається з кристалічною структурою сталі під час її друку, дослідники роками намагалися надрукувати 3D-друк 17-4 PH, у якому кристалічна структура має бути простою — типом, який називається мартенситом, — щоб матеріал демонстрував свої популярні якості. -після властивостей.
Автори нового дослідження мали на меті пролити світло на те, що відбувається під час різких змін температури, і знайти спосіб орієнтувати внутрішню структуру на мартенсит.
Подібно до того, як потрібна високошвидкісна камера, щоб побачити удари крил колібрі, дослідникам знадобилося спеціальне обладнання, щоб спостерігати за швидкими змінами структури, які відбуваються протягом мілісекунд. Вони знайшли правильний інструмент для роботи в синхротронній рентгенівській дифракції, або XRD.
«У XRD рентгенівські промені взаємодіють з матеріалом і утворюють сигнал, який нагадує відбиток пальця, що відповідає специфічній кристалічній структурі матеріалу», — сказав Ляньї Чен, професор машинобудування в UW-Madison and co. - автор дослідження. автор.
У Advanced Photon Source (APS), потужному джерелі світла в Аргоннській національній лабораторії Департаменту енергетики, автори зламали...
Для авіалайнерів, вантажних суден, атомних електростанцій та інших критичних технологій міцність і довговічність є важливими. Ось чому багато з них містять надзвичайно міцний, стійкий до корозії сплав під назвою 17-4 нержавіюча сталь із дисперсійним зміцненням (PH). Тепер, вперше, сталь 17-4 PH можна постійно друкувати на 3D-друкі, зберігаючи при цьому її хороші характеристики.
Команда дослідників із Національного інституту стандартів і технологій (NIST), Університету Вісконсін-Медісон і Аргонської національної лабораторії визначила конкретні композиції сталі 17-4, які, надруковані, відповідають властивостям традиційних виготовлена версія. Стратегія дослідників, описана в журналі Additive Manufacturing, базується на високошвидкісних даних про процес друку, які вони отримали за допомогою високоенергетичного рентгенівського випромінювання від прискорювача частинок.
Нові відкриття можуть допомогти виробникам деталей 17-4 PH використовувати 3D-друк для зниження витрат і підвищення гнучкості виробництва. Підхід, використаний для вивчення матеріалу в цьому дослідженні, також може створити основу для кращого розуміння того, як друкувати інші типи матеріалів і прогнозувати їхні властивості та продуктивність.
Незважаючи на свої переваги перед звичайним виробництвом, 3D-друк деяких матеріалів може дати результати, які є надто суперечливими для деяких застосувань. Металевий друк є особливо складним, частково через швидкість, з якою температура змінюється під час процесу.
«Коли ви думаєте про адитивне виробництво металу, ми в основному зварюємо мільйони крихітних частинок порошку в один шматок за допомогою джерела високої потужності, такого як лазер, розплавляючи їх у рідині та охолоджуючи до твердої речовини», — сказав фізик NIST Фан Чжан, співавтор дослідження. «Але швидкість охолодження висока, інколи перевищує мільйон градусів Цельсія на секунду, і цей екстремальний нерівноважний стан створює надзвичайний набір проблем із вимірюванням».
3D друк лазером і металевим порошком
Лазерний тривимірний 3D-принтер порошкового шару в дії. Лазерне сплавлення порошкового шару додає послідовні шари металевого порошку, а потім за допомогою лазера розплавляє кожен шар на місці створюваної деталі.
Оскільки матеріал нагрівається та охолоджується дуже швидко, композиція чи кристал Структура атомів у матеріалі рухається швидко, і її важко визначити, сказав Чжан. Не розуміючи, що відбувається з кристалічною структурою сталі під час її друку, дослідники роками намагалися надрукувати 3D-друк 17-4 PH, у якому кристалічна структура має бути простою — типом, який називається мартенситом, — щоб матеріал демонстрував свої популярні якості. -після властивостей.
Автори нового дослідження мали на меті пролити світло на те, що відбувається під час різких змін температури, і знайти спосіб орієнтувати внутрішню структуру на мартенсит.
Подібно до того, як потрібна високошвидкісна камера, щоб побачити удари крил колібрі, дослідникам знадобилося спеціальне обладнання, щоб спостерігати за швидкими змінами структури, які відбуваються протягом мілісекунд. Вони знайшли правильний інструмент для роботи в синхротронній рентгенівській дифракції, або XRD.
«У XRD рентгенівські промені взаємодіють з матеріалом і утворюють сигнал, який нагадує відбиток пальця, що відповідає специфічній кристалічній структурі матеріалу», — сказав Ляньї Чен, професор машинобудування в UW-Madison and co. - автор дослідження. автор.
У Advanced Photon Source (APS), потужному джерелі світла в Аргоннській національній лабораторії Департаменту енергетики, автори зламали...
