1. สถานการณ์ปัจจุบันเกี่ยวกับความแข็งแกร่งของโลหะในการพิมพ์ 3 มิติ
ผงโลหะถูกหลอมทีละชั้นและแข็งตัวเพื่อสร้างรูปทรงที่ต้องการระหว่างการพิมพ์ 3 มิติ อย่างไรก็ตาม การไล่ระดับอุณหภูมิที่ซับซ้อน การระบายความร้อนอย่างรวดเร็ว และคุณสมบัติการซ้อนชั้นทีละชั้นในระหว่างขั้นตอนการพิมพ์ ทำให้โครงสร้างจุลภาคภายในของโลหะแตกต่างจากที่ได้จากเทคนิคการหล่อหรือการตีขึ้นรูปทั่วไป รูปร่างเกรน การกระจายเฟส และข้อบกพร่องระดับจุลภาค ซึ่งส่งผลต่อประสิทธิภาพและความแข็งแกร่งของโลหะที่พิมพ์แบบ 3 มิติ สะท้อนถึงรูปแบบเหล่านี้โดยเฉพาะ
ความแข็งแรงและความเหนียวของวัสดุโลหะมีการแลกเปลี่ยนกันมานานแล้ว ความแข็งแรงสูงมักเป็นผลมาจากความเหนียวต่ำ และในทางกลับกัน แต่ในขอบเขตของการพิมพ์ 3 มิติ การแลกเปลี่ยนนี้มีความซับซ้อนมากขึ้นเรื่อยๆ ในขณะที่การพิมพ์ 3D มอบโอกาสมากมายนับไม่ถ้วนในการเพิ่มประสิทธิภาพการออกแบบโดยการผลิตชิ้นส่วนโลหะที่มีรูปทรงเรขาคณิตและโครงสร้างจุลภาคที่ซับซ้อน แต่ความแข็งแกร่งและประสิทธิภาพของมันบางครั้งก็ยากที่จะไปถึงระดับของกระบวนการทั่วไป เนื่องจากข้อบกพร่องระดับจุลภาคที่แตกต่างกันและความไม่เป็นเนื้อเดียวกันของเกรนที่เกิดขึ้นในระหว่างกระบวนการพิมพ์
2.เทคนิคการยกระดับความแข็งแรงของโลหะจากการพิมพ์ 3 มิติ
นักวิจัยได้ปฏิบัติตามแนวทางต่างๆ เพื่อเพิ่มความแข็งแกร่งของโลหะที่พิมพ์แบบ 3 มิติ
การเพิ่มประสิทธิภาพการออกแบบโลหะผสม: โครงสร้างจุลภาคและคุณลักษณะของโลหะสามารถเปลี่ยนแปลงได้มากโดยการเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบของโลหะผสม ตัวอย่างเช่น สำหรับโลหะผสมไทเทเนียม การใช้โมลิบดีนัม (Mo) สามารถช่วยเพิ่มความเสถียรของเฟสและความสม่ำเสมอของความแข็งแรงและความเหนียวได้ ด้วยการใช้การออกแบบโลหะผสมแบบฟังก์ชันคู่ โลหะผสมไทเทเนียมที่พิมพ์ด้วยเครื่องพิมพ์ 3 มิติที่มีความเป็นเนื้อเดียวกันเป็นพิเศษ มีความแข็งแรงสูง และความเหนียวได้มาจากทีมงานที่รวมกันซึ่งประกอบด้วยมหาวิทยาลัยเทคนิคแห่งเดนมาร์ก มหาวิทยาลัยฉงชิ่ง และมหาวิทยาลัยควีนส์แลนด์ ความเหนียวของมันคือ 26%; ความแข็งแรงของผลผลิตคือ 926MPa
วิธีการควบคุม: กระบวนการ โครงสร้างจุลภาคและคุณภาพของโลหะได้รับอิทธิพลอย่างมากจากพารามิเตอร์ที่สร้างขึ้นระหว่างกระบวนการพิมพ์ รวมถึงกำลังเลเซอร์ ความเร็วในการสแกน ความหนาของชั้น ฯลฯ สามารถลดข้อบกพร่องระดับจุลภาคให้เหลือน้อยที่สุดได้ และปรับปรุงความแข็งแรงและคุณภาพของโลหะโดยการปรับปัจจัยเหล่านี้ให้เหมาะสม
การปรับเปลี่ยนโครงสร้างจุลภาคของธัญพืชและการเสริมขอบเขตของเกรนละเอียด ความแข็งแรงและความแข็งของโลหะสามารถเพิ่มขึ้นได้โดยการปรับปรุงรูปร่างและรูปแบบของเกรน การใช้คลื่นอัลตราโซนิกความเข้มสูง การปรับการตั้งค่าการประมวลผล หรือการเพิ่มโครงสร้างเฮเทอโร อาจช่วยให้คริสตัลที่สมดุลในการพัฒนาได้ ดังนั้นการพัฒนาของเม็ดแนวเสาจึงลดลง และทำให้โลหะที่พิมพ์ด้วย 3D แข็งแกร่งขึ้น
หลังการประมวลผล: หลังจากการพิมพ์ การอบชุบด้วยความร้อนสามารถช่วยให้โครงสร้างจุลภาคและคุณภาพของโลหะดีขึ้นมาก อย่างไรก็ตาม ควรกล่าวว่าการเลือกพารามิเตอร์การบำบัดความร้อนอย่างระมัดระวังเป็นสิ่งสำคัญ เนื่องจากการอบชุบด้วยความร้อนอาจทำให้เกิดข้อบกพร่องระดับจุลภาคใหม่หรือเปลี่ยนแปลงโครงสร้างจุลภาคเดิม
3.แทนที่จะเป็นกรณีศึกษาความแข็งแรงของโลหะสามมิติ
ความแข็งแกร่งและความเหนียวสูงของโลหะผสมไทเทเนียม: การเพิ่มองค์ประกอบโมลิบดีนัมทำให้เกิดโลหะผสมไทเทเนียมที่พิมพ์ด้วยเครื่องพิมพ์ 3 มิติที่มีความแข็งแรงสูง มีความแข็งแรงสูง และเหนียวเป็นพิเศษ ดังที่ได้กล่าวไว้ก่อนหน้านี้โดยทีมงานที่รวมกันจากมหาวิทยาลัยในออสเตรเลีย รวมถึงมหาวิทยาลัยควีนส์แลนด์ นอกเหนือจากคุณสมบัติทางกลที่ยอดเยี่ยมแล้ว โลหะผสมไททาเนียมยังมีความสามารถในการชุบแข็งที่ดี ซึ่งเปิดประตูสู่การใช้ในภาคส่วนระดับสูง รวมถึงการบินและอวกาศ
ทีมความร่วมมือของสถาบันโลหะแห่ง Chinese Academy of Sciences และมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย เบิร์กลีย์ สหรัฐอเมริกา ได้พัฒนาโลหะผสมที่แทบไม่มีรูพรุนใกล้กับ Net-AM Ti-6Al-4V โดยการประดิษฐ์ กระบวนการ NAMP ใหม่เพื่อควบคุมข้อบกพร่องและเนื้อเยื่อทีละขั้นตอน พร้อมความต้านทานต่อความล้าสูง ในบรรดาข้อมูลความล้าของวัสดุที่บันทึกไว้ทั้งหมด ความต้านทานแรงดึงของโลหะผสมนี้สูงถึง 978MPa ซึ่งเป็นค่าความต้านทานความล้าจำเพาะที่ยิ่งใหญ่ที่สุด ความสำเร็จนี้แสดงให้เห็นถึงคุณประโยชน์พิเศษของเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติในการผลิตที่ทนทานต่อความล้า และเปลี่ยนแปลงความรู้ตามธรรมชาติของผู้คนเกี่ยวกับประสิทธิภาพต่ำของวัสดุการพิมพ์ 3 มิติ
ทีมวิจัยของมหาวิทยาลัย Purdue ได้สร้างโลหะผสมอลูมิเนียมที่มีความแข็งแรงสูงเป็นพิเศษสำหรับการพิมพ์ 3 มิติ ด้วยการรวมโลหะทรานซิชัน เช่น โคบอลต์ เหล็ก นิกเกิล และไททาเนียม เข้ากับอลูมิเนียมเพื่อสร้างสารประกอบอินเตอร์เมทัลลิกที่เปลี่ยนรูปได้หลายชั้นระดับนาโน หลายชั้น พวกเขาจึงสร้างโลหะผสมอลูมิเนียมชนิดใหม่ที่ผสมผสานความแข็งแกร่งที่ยอดเยี่ยมและความสามารถในการเปลี่ยนรูปพลาสติกที่ดี ความแข็งแรงของอลูมิเนียมอัลลอยด์นี้เกินกว่า 900MPa ดังนั้นจึงเป็นโอกาสที่ดีสำหรับการใช้อลูมิเนียมอัลลอยด์ที่มีความแข็งแรงสูงในหลายภาคส่วน
https://www.china-3dprinting.com/metal-3d-printing/3d-printing-inconel-625-turbine-blades.html