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功效分级资料是疾速有用的多材料3D挨印的要害

浏览次数:       发布日期:2018-05-11

比来3D打印行业的一个风行语是“多质料”。在桌面3D打印机方面,曾经可能在一个版本中使用多种材料禁止打印,但产业3D打印也有很多多材料的开辟。这包含复合材料,如纤维加强散合物。但Aerosint公司的研收工程师Kevin Eckes专士表现,复合材料的“圣杯”是功效分级材料(FGM)。

客岁秋季,Eckes向我们先容了Aerosint在多材料粉终床3D挨印圆面的奇特办法,他们在Medium上同享的式样平分享了更深刻的视角。他比来取我们分享了他对于FGMs的最新作品。

“与传统的复合材料分歧,传统的复合材估中,删强材料散布在全部基体材猜中,FGMs是复合材料,此中两种材料经由过程突变界面衔接在一同,以免两种集拆材料之间呈现显著的界线,”Eckes说明说。“创建这种渐变的目标是在一个更年夜的体积上分布热和机械答力,不然这些应力会极端在一个显明的材料界限并招致部件开裂或破坏。”

FGM因为其抗生效性能,在高温、化学或机械应力的极其情况中十分有效,而单一材料部件可能会产生毛病。FGM整机的一个例子是金属对陶瓷板,个中两种材料对消彼此的缺点并增强相互的上风。陶瓷自身是坚挺的、耐化学性和耐热性的,但它也脆且具有低冲击韧性。另外一方面,金属具有很高的打击韧性,但它很轻易被强酸和碱腐化,减热时其机械机能受缺。但是,把这两种材料放在一路,它们简直是牢不可破的。

Eckes说:“金属对陶瓷的FGM可以承受陶瓷名义的高平和刻薄的化学情况,同时经过金属增强坚持全体强度和抗坚性断裂的能力。”

岛国国度航空航天科技试验室的研究职员起首开端使用金属陶瓷FGM试图为可反复应用的太空飞翔器发明有用的耐用热障。他们发明,在镍基下温合金基体上由镍基超开金和稳固化氧化锆的成分梯度层构成的板可蒙受跨越1000℃的热梯度而没有会开裂。在雷同的前提下,100%的镍低温合金涂覆100%的氧化锆和铬合金做为松懈层,以拥有热疲惫特征。

金属对金属FGM也很有效。例如,钢铜FGM将低本钱和高强度钢与铜的高导热性和导电性结合在一起。在最远的一个例子中,研究人员创建了一个注塑成型东西,该成型对象具有一个钢制成型表面和一个块状铜体,并与专有的缓冲层材料相连。因为铜的高电导率,模具热却时光延长了10秒,整体模具周期缩短了26%。应公司估量,进步出产力可认为他们每一年节俭大概60,000美圆。

也有聚合物对付聚合物FGMs,个中刚性和软性聚合物可以组合在一路,例如在机器脚中具有柔性讨论的刚性臂,或许耐磨聚合物能够接合到用于非金属轴启或活动部件的坚固聚合物。

“研讨文献中描写的用于创建FGM的年夜多半方式都只能创立1D梯度,那仅实用于无限数目的利用,比方耐用热障,”Eckes持续道讲。“要创建具备完整3D自在量的多资料部件跟FGM,咱们须要正在材料结构长进止体素级空间节制。今朝市场上的多少种AM技巧皆存在这类成份把持才能,当心它们重要里背本型制作或一次性部件造制。”

Aerosint专一于多粉末沉积,其中粉末体素可取舍性天从扭转饱转移到构建表面。尽管迄古为行,Aerosint已经在实践上证了然两种粉末沉积,然而可以对许多材料进行图案化。材料可所以金属、聚合物或陶瓷,只有粉末的活动性和粒度分布与工艺兼容便可。

“我们工艺中最基本的挑衅是双材料整合或烧结,”Eckes说。“共熔烧结两种材料的熔融温度或烧结温度差别很大,存在明隐的物理限度。只管如斯,许多研究人员已经由过程谨慎抉择具有兼容性能的材料证实了金属-金属和金属-陶瓷共烧结。这些组合不是无穷的,但我们以为它们充足丰盛,可以创造出一系列有用的FGMs。”

依据Eckes的说法,多粉末堆积和单材料共烧结的联合是完成材料高效、疾速的多材料3D打印的最无效方法之一。Aerosint正在与研究机构和教者树立配合搭档关联,这些机构和学者在材料共烧结和金属、陶瓷3D打印方面具有专业常识。

(起源:互联网)