Los avances en la impresión 3D de metal permiten crear piezas con múltiples aleaciones en un solo paso
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Uno cambio puramente digital en la trayectoria del lásersin ningún cambio físico en la máquina, permitió un impresora 3D de rieles aleaciones mixtas que se separarían naturalmente durante la fusión.
Investigadores del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) programó el haz para dibujar bucles elípticos continuo en lugar de líneas rectas convencionales, revolviendo el charco de metal líquido durante más tiempo y forzando la combinación de elementos con diferentes densidades y puntos de fusión.
EL resultadocomprobado con rayos x ultrabrillantes nodo Laboratorio Nacional de Argonnefue la formación de una nueva liga en tiempo real, observando cómo el charco se solidificaba. El proceso fusionó una aleación densa de alta entropía llamada RHEA-19 con un aleación ligera de titaniodos composiciones que naturalmente resistirían la mezcla.
Cómo la trayectoria elíptica cambia la física del baño de soldadura
En fusión de lecho de polvo láserel haz viaja en línea recta de un punto a otro sobre finas capas de polvo metálico. Cada pasada genera un breve charco de soldadura, que se solidifica demasiado rápido para mezclar los ingredientes más allá del nivel de la superficie.
El investigador del NIST Ho Yeung reprogramó este comportamiento haciendo avanzar el láser dibujando bucles, manteniendo el metal líquido en movimiento de agitación continuo mientras aún está en estado fundido.
EL firmware original La mayoría de las imprentas comerciales no pueden producir estas trayectorias de herramientas. El equipo tuvo que desarrollar su propio software de control desde cero.
Segundo Yeungen una declaración reproducida en el anuncio oficial de la agencia, el software comercial de impresoras 3D simplemente no genera estos estándares.
¿Cómo El método cambia exclusivamente el patrón de escaneo.las máquinas que ya están ejecutándose podrían ejecutarlo después de una actualización de software. No se requiere hardware nuevo.
Confirmar que el los metales realmente se habían unido (en lugar de simplemente depositarse en regiones separadas) requirió capturar la estructura atómica durante la congelación de la piscina, un proceso que ocurre en menos de 1 segundo.
EL Fuente de fotones avanzada de Laboratorio Nacional de Argonne Genera haces de rayos X con una intensidad aproximadamente 500 mil millones de veces mayor a la de un dispositivo dental común, suficiente potencia para leer patrones de difracción directamente de la densa masa metálica a medida que se solidificaba.
El equipo combinó estos datos de difracción con microscopía electrónica aplicada al material ya sólido. EL NIST considera que esta difracción en tiempo real es un resultado relevante en sí mismo: el seguimiento de los cambios de fase a esta velocidad no se había logrado hasta ahora de esta manera.
Por qué las aleaciones de alta entropía son difíciles de fundir y cómo la agitación resuelve el problema
Como era de esperar, diferentes metales tienen diferentes densidades, puntos de fusión y tensiones superficiales. durante el enfriar una pieza fundidaestas diferencias tienden a separar los elementos en regiones frágiles e irregulares, comprometiendo la integridad estructural.
El problema empeora en las aleaciones de alta entropía, que mezclar cinco o más metales en proporciones aproximadamente igualesa diferencia de las aleaciones convencionales basadas en un metal predominante con pequeñas adiciones de otros elementos.
un agiro inducido por bucles elípticos durante la impresión se evita esta tendencia a la separación. Al mantener el charco en movimiento mientras aún está líquido, el método distribuye los elementos uniformemente antes de que la solidificación los segregue.
Los investigadores estiman que el mismo método podría alimentar una máquina con polvos metálicos elementales y mezclarlos en el propio baño de fusión, produciendo la aleación deseada según demanda.
Esto eliminaría la necesidad de mantener una reserva separada de polvo preligado para cada composición específica.
Otra posibilidad destacada por el NIST es el variación continua de composición sobre una sola pieza. El álabe de una turbina de avión, por ejemplo, podría pasar gradualmente de un metal a otro sin depender de una unión soldada que represente un punto potencial de falla.
EL impresión 3D de los metales es considerablemente más exigente que el de los polímeros. Las aleaciones metálicas se funden a temperaturas extremas y sufren múltiples cambios de fase durante el enfriamiento, lo que plantea desafíos térmicos y metalúrgicos que no existen al imprimir plásticos.
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Publicación y línea de investigación en curso
EL artículo científico fue publicado originalmente en volumen 118 del periódico Fabricación Aditiva el 25 de febrero.
Paralelamente, el NIST ha incluido patrones de escaneo elípticos entre las estrategias de control que investiga para mitigar defectos y dirigir la microestructura en la fabricación aditiva.
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Fuente: Hardware de Tom
