Können mehrere Metallmaterialien zum Drucken derselben industriellen Komponente verwendet werden?

一, technisches Prinzip: Die Grundidee hinter der Auswahl von Materialien und zur Kontrolle der Schnittstelle
Das Hauptziel des multi - -Metall -3D -Drucks ist es, zwei oder mehr Metalle metallurgisch miteinander zu verschmelzen. Es gibt zwei wichtige Möglichkeiten, dies zu tun: Pulverbettschmelzen (SLM/L - PBF) und gerichtete Energieabscheidung (DED). Zum Beispiel muss die SLM -Technologie über drei große technologische Straßensperren hinausgehen, um mit mehreren Metallen zu drucken:
Kontrolle der Materialkompatibilität
Wählen Sie eine Metallkombination mit einem Schmelzpunktunterschied von weniger als 200 Grad und einer Differenz des thermischen Expansionskoeffizienten von weniger als 10%. Die NASA verwendet eine Mischung aus GRCOP - 42 Kupferlegierung (Schmelzpunkt 1083 Grad) und HR - 1 Nickel-basierter Hochtemperaturlegierung (Schmelzpunkt 1390 Grad), um eine metallurgische Bindung zwischen den beiden Materialien in einer Übergangsschicht von 0,3 mm zu erstellen. Sie tun dies, indem sie die Laserergiedichte (120-150 J/mm ³) und die Scangeschwindigkeit (800-1200 mm/s) kontrollieren. Die Zugfestigkeit an der Grenzfläche beträgt 420 MPa, was 60% höher ist als die von typischen Löschemethoden.
Renovierung der Methode zur Verbreitung von Pulver
Die alte Art, Pulver mit nur einem Material zu verteilen, funktioniert nicht für Multi - Metallwechselablagerung. Das Fraunhofer IGCV -Labor erstellte ein elektrostatisches Adsorptionspulververteilungsgerät, das verschiedene Metallpulver selektiv adsorbieren kann, indem die Bauplattform ein elektrostatisches Feld von -5000 V liefert. Das System spreizt CW106C -Kupfer -Legierungspulver (die innere Schicht) und 1,2709 Stahlpulver (die äußere Schicht) sehr genau, während die Kupferstahl -Stempelkammer hergestellt wird. Die Pulverwiederherstellungsrate beträgt 98%, was dreimal besser ist als die Ausbreitung mechanischer Schaberpulver.
Dynamisches Management von Prozessparametern
Für verschiedene Materialbereiche muss Multi - Metalldruck die Laserleistung, die Scantechnik und andere Einstellungen in Echtzeit ändern. Die 3E -Metallabscheidungstechnologie von Meltio verwendet intelligente Sensoren, um die Temperatur des geschmolzenen Pools in Echtzeit im Auge zu behalten (mit einem Fehler von ± 5 Grad). Es passt auch automatisch die Abscheidungsparameter für Titanlegierung (Laserleistung von 400 W) und Aluminiumlegierung (Laserleistung von 250 W) an. Diese Methode macht Luftfahrtmotorenklammern aus Titanlegierung und Aluminiumlegierung. Das Gebiet der Titanlegierung hat eine Härte von HRC 38, und das Gebiet der Aluminiumlegierung hat eine Dehnungsrate von 18%, was 25% höher ist als die Druckleistung von Einzelmaterialien.
2, gemeinsame Verwendung: Übergang vom Labor in die Fabrikpraxis
1. Luft- und Raumfahrt: Die Verbrennungskammer leichter und besser bei der Behandlung von Hitze machen
Die Verbrennungskammer eines Raketenmotors muss bei - 180 Grad mit Gasspülung und flüssigen Sauerstoffkühlung umgehen. Um die Kupferlegierungsfutter mit dem Nickel - -basierte Legierungsschale in der traditionellen Herstellung zu verknüpfen, wird explosive Schweißen verwendet. Dieses Verfahren kann bis zu sechs Monate dauern. Die deutsche Safran -Gruppe verwendete die SLM -Prozedur, um eine kupferische Bimetall -Brennkammer aus Stahl zu erstellen. Durch die Verwendung von Multimetal-3D-Drucktechnologie konnten sie die Herstellungszeit in zwei Hälften verkürzen und die Kammer 40% leichter machen. Die Hauptinnovation ist die Verwendung von funktionell abgestufter Materialdesign. Es gibt eine 0,5 mm dicke Nicraly-Übergangsschicht zwischen Kupferlegierung (GRCOP-84) und Stahl (316L). Diese Schicht verändert den thermischen Expansionskoeffizienten sanft von 16,5 × 10 ⁻⁶/ Grad auf 12,8 × 10 ⁻⁶/ Grad, was die Grenzflächenspannungskonzentration beseitigt.
2. Energieausrüstung: Die Fertigungsrevolution konforme Kühlkanäle
Bei der Herstellung von Injektionsformen sind herkömmliche Kühlwasserkanäle aufgrund von Verarbeitungsgrenzen meist linear. Dies führt dazu, dass Temperaturfelder in der Form ungleichmäßig sind (mit Abweichungen von bis zu 30 Grad), was die Qualität des Produktforms beeinträchtigt. Die Bimetallic -SLM -Technik von Aerosint druckt Kupferlegierung (CUCR1ZR) Kühlkanäle in den Formeinsätzen, wodurch das Kühlen dreimal effektiver wird. Diese Methode verkürzt die Zeit, die zum Abkühlen von Automobilen -Stoßfänger von 45 Sekunden bis 18 Sekunden dauert, den Energieverbrauch für einzelne - -Peutzeitproduktion um 60%senkt und die Formen mehr als 2 Millionen Mal dauert.
3. Biomedizinisch: Anpassen der Leistung von maßgeschneiderten Implantaten
Künstliche Gelenke aus Titanlegierung benötigen eine lange Zeit, um sich in Knochen zu integrieren (6 bis 12 Monate). Ein Team der Northwestern Polytechnical University hat eine Titan -Tantal -Bimetall -3D -Drucktechnologie von Titan geschaffen, die die Stärke der Bindung zwischen Implantaten und Knochengewebe verdreifacht hat. Dies geschah durch die Ablagerung von porösen Strukturen (Porosität 65%, Porengröße 500 μm) auf der Oberfläche der Titanlegierung (TI6Al4V). Klinische Erkenntnisse zeigen, dass das Hüftgelenk -Implantat, das diese Technik verwendet, eine Knochenintegrationsrate von 92% drei Monate nach - Operation erreicht, wodurch die Rehabilitationsdauer im Vergleich zu herkömmlichen Titanlegierungs -Implantaten um 50% verringert wird.
3, Probleme mit Technologie und Trends für die Zukunft
Obwohl Multi - Metal 3D -Druck vom Labor in die reale Welt gewechselt ist, müssen noch drei große Probleme gelöst werden, bevor es in einer breiten Ebene verwendet werden kann:
Zuverlässigkeit von Materialoberflächen
Der Unterschied in der Ausdehnung der Metalle beim Erhitzen kann leicht dazu führen, dass sich an der Grenzfläche Risse bilden. Durch das Hinzufügen von Nano - -Regel -NBC -Partikeln (50–100 nm) an der Kupferschnittstelle von Stahl - konnte das MIT -Forschungsteam die Grenzflächenbindungsstärke von 280 MPa auf 410 MPA verbessern und die Risspropagierungsrate um 80%senkten.
Kosten und Effizienz der Ausrüstung
Multi - Metall -SLM -Geräte kostet das 3–5 -fache mehr als Single - Materialausrüstung, und die Geschwindigkeit der Pulververbreitung beträgt nur 60% der von einzelnen - Materialausrüstung. Die Parallelpulver -Ausbreitungstechnologie von Siemens, bei der zwei zusammenarbeitende adsorptionliche Adsorptionsköpfe verwendet werden, hat den Pulververteilungsverfahren auf 1200 mm/s beschleunigt und die Kosten für das Drucken eines Stücks um 45%gesenkt.
Kein System für Standards
Zu diesem Zeitpunkt gibt es keinen globalen Qualitätsstandard für Multi - Metal 3D -Druck. Der Entwurf des ISO/ASTM 52912 -Standards schlägt Indikatoren wie "Materialübergangszonenbreite weniger oder gleich 0,5 mm" und "Grenzflächenbindungsstärke über 80% des Matrixmaterials". Es ist geplant, im Jahr 2026 offiziell freigelassen zu werden.
In den nächsten fünf Jahren bewegt sich Multi - Metal 3D -Druck in Richtung "vier Modernisierungen":
Ein System mit einer Vielzahl von Material
Smart Process Control: Verwendung der digitalen Zwillings -Technologie zur Verbesserung des Druckprozesses in Echtzeit
Integration von Gerätemodulen: Herstellung von Verbundteilen, die additive Herstellung, Wärmebehandlung und Bearbeitung kombinieren
Erweitern Sie die Anzahl der Orte, an denen es verwendet werden kann: Sie können in Bereichen wie Kernkraft und Deep - Sea Equipment in einer weiten Ebene arbeiten lassen