FDM 3D打印鈦合金!TEES與Virtual Foundry合作研究

2024年1月22日，南極熊獲悉，金屬絲制造商The Virtual Foundry將與德克薩斯 A&M 大學系統(tǒng)下屬機構(gòu)德克薩斯 A&M 工程實驗站(TEES)合作，開展金屬 3D 打印領(lǐng)域的研究。

這項研究由 Chukwuzubelu Ufodike 博士領(lǐng)導，旨在研究燒結(jié)溫度和時間對熔絲制造 (FFF) 3D 打印鈦合金零件的影響。Chukwuzubelu Ufodike 博士表示：“此次合作代表著我們在加深對 3D 打印燒結(jié)過程的理解方面邁出了重大一步。我們與 Virtual Foundry 和 TEES 合作，旨在突破增材制造材料開發(fā)的界限�！�

△3D打印金屬歧管

采用熔絲制造的鈦金屬 3D 打印精度

FFF 是一種 3D 打印技術(shù)，涉及分層和融合連續(xù)絲材料來創(chuàng)建 3D 物體。在3D打印鈦零件的背景下，F(xiàn)FF是指使用鈦絲逐層制造的具體過程。在此過程中使用鈦的優(yōu)點，例如強度高、重量輕和耐腐蝕，使其適合航空航天、醫(yī)療保健和工程等行業(yè)的各種應(yīng)用。

The Virtual Foundry 和 TEES 之間的合作將帶來重要的好處，包括深入了解 FFF 打印鈦零件中燒結(jié)溫度和時間之間的復(fù)雜關(guān)系。通過探索燒結(jié)參數(shù)的變化，該研究旨在揭示由此產(chǎn)生的微觀結(jié)構(gòu)演變和機械行為。

此外，這項研究還旨在加深對燒結(jié)參數(shù)如何影響尺寸精度和表面質(zhì)量的了解，這些參數(shù)是影響FFF 打印鈦部件精度和光潔度的關(guān)鍵因素。The Virtual Foundry 總裁 Tricia Suess 補充道：“我們很高興能與 Chukwuzubelu Ufodike 博士和 TEES 合作。他們的專業(yè)知識將有助于縮小廉價的鈦3D打印與當前的燒結(jié)工藝之間的差距，而目前的燒結(jié)工藝對于普通用戶來說是遙不可及的�！�

2022 年，The VirtualFoundry 推出了一種用于FFF 3D 打印合金脫脂和燒結(jié)的新穎方法。其金屬微波燒結(jié)技術(shù)用微波取代了傳統(tǒng)窯爐，提供了一種可能更快、更具成本效益的方法。

△金屬微波燒結(jié)試樣。圖片來自Highball

在實驗階段，鋁零件后處理的結(jié)果是有希望的。微波的使用證明了將加工擴展到鈦等具有挑戰(zhàn)性的活性合金的潛力，而無需擔心氧化問題，這標志著過去金屬 3D 打印實際應(yīng)用的顯著進步。

△Ufodike教授研究小組 (PURG) 數(shù)字化制造與分銷實驗室的Ufodike 教授。 照片來自 Virtual Foundry。

金屬3D打印研究計劃

來自國家標準與技術(shù)研究院(NIST) 和KTH 皇家理工學院等機構(gòu)的研究人員研究了激光粉末床熔融 (LPBF) 3D 打印過程中冷卻速率如何影響金屬性能。這項研究以題為“Solidification modes during additive manufacturing of steel revealedby high-speed X-ray diffraction”的論文發(fā)表在《Acta Materialia》上，深入探討了晶體結(jié)構(gòu)對打印組件韌性和耐腐蝕性的影響。

論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359645423000459?via%3Dihub

這項研究驗證了 Kurz-Giovanola-Trivedi (KGT) 模型，表明在 3D 打印初始階段控制微觀結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)所需的晶體結(jié)構(gòu)。通過同步加速器實驗證實，這一發(fā)現(xiàn)為增材制造專業(yè)人員提供了預(yù)測和控制 3D 打印金屬零件特性的潛力，從而提高了大規(guī)模生產(chǎn)的一致性。

開展這項研究的人員來自清華大學和新加坡國立大學，他們重點研究了流體流動對金屬 3D 打印部件機械性能的影響，重點關(guān)注枝晶生長，即熔融金屬凝固過程中形成的樹狀晶體結(jié)構(gòu)。

通過研究枝晶在不同流動條件下如何演化，研究小組發(fā)現(xiàn)流體流動和凝固速度在金屬 3D 打印過程中枝晶的形成中起著至關(guān)重要的作用。研究結(jié)果強調(diào)了了解這些因素對于增強 3D 打印金屬部件的機械特性的重要性。