Neue Lasermischmethode ermöglicht robustere Metalllegierungen für 3D-Drucker

Sie programmierten den Laser so,

Sie programmierten den Laser so, dass er in Schleifen bewegt wird, wodurch sich die kleine Schmelzpool aus geschmolzenem Metall während ihrer Bildung durchrührt. Diese Idee ähnelt dem Mischen üssel.

Durch die Bewegung der flüssigen Metallschmelze halfen die Forscher den Elementen, sich zu vermischen, statt sich zu trennen. „Kommerzielle 3D-Drucker-Software kann diese Muster nicht erzeugen", erklärte Yeung. „Die Möglichkeiten, den Weg des Lasers anzupassen, sind sehr begrenzt, sodass wir die Software mussten." Da diese Technik Software statt neuer Hardware nutzt, können aktuelle Metall-3D-Drucker sie durch ein Software-Update einsetzen.

Potente Röntgenstrahlen zeigen, was in Echtzeit passiertUm ihren Prozess zu testen, versuchte das Team, zwei Materialien zu mischen, die normalerweise sehr schwer zu kombinieren sind: eine dichte Hochentropilegierung namens RHEA-19 und eine leichte Titanlegierung.

Was die Studie zeigt

Die Forscher bewegten ihren schlaufenförmigen Laser an der Grenzfläche zwischen den beiden Materialien entlang und untersuchten daraufhin, was geschah.

Um die Veränderungen während der Erstarrung sichtbar zu machen, arbeiteten sie mit der Advanced Photon Source (APS) am Argonne National Laboratory in der Nähe Röntgenstrahlen, die etwa 500 Milliarden Mal heller sind als diejenigen in einem Zahnarztpraxis.

Dies ermöglicht es Wissenschaftlern, Veränderungen im Inneren dichter Metalle innerhalb beobachten. „Das APS gehört zu den wenigen Strahlungsquellen weltweit, die leistungsstark genug sind, um Messungen dieser Art durchzuführen", sagte Zhang.

Was die Studie zeigt

Durch die Anwendung von Röntgendiffraktometrie und Elektronenmikroskopie bestätigten die Forscher, dass das Rühren mit dem Laser das Mischen und die Legierungsbildung verbessert. Zur bedarfsgerechten Legierungsherstellung Die Vorteile beschränken sich nicht nur auf Hochentropielegierungen.

Die Forscher glauben, dass diese Technik Herstellern ermöglichen könnte, während des Druckprozesses maßgeschneiderte Legierungen herzustellen, anstatt ausschließlich auf vorfabrizierte Legierungspulver zurückzugreifen. Derzeit wird jedes Metallpulver für eine spezifische Legierung hergestellt.

In Zukunft könnten Drucker Grundmetallpulver innerhalb der Maschine mischen, ähnlich wie ein Farbdrucker Tinten mischt, um verschiedene Farben zu erzeugen. Dieser Ansatz könnte Kosten senken, mehr Gestaltungsmöglichkeiten bieten und Ingenieuren erlauben, Materialeigenschaften innerhalb eines einzelnen Bauteils anzupassen.

Beispielsweise können verschiedene Bereiche einer Turbinenschaufel eines Strahltriebwerks mit unterschiedlichen Legierungen gedruckt werden, ohne dass separate Teile geschweißt werden müssen. „Wir wollen die Legierungsherstellung beschleunigen", sagte Yeung. „Mit dem 3D-Druck möglich, Bauteile herzustellen, die früher unmöglich waren." Die Forschung wird in der Zeitschrift Additive Manufacturing beschrieben.