1. המצב הנוכחי לגבי חוזק מתכת בהדפסת תלת מימד
אבקת מתכת מומסת שכבה אחר שכבה ומתקשה ליצירת הצורה הנדרשת במהלך הדפסת תלת מימד. עם זאת, שיפוע הטמפרטורה המסובך, הקירור המהיר ותכונות הערימה שכבה אחר שכבה במהלך תהליך ההדפסה גורמים למבנה המיקרו הפנימי של מתכות להשתנות מאלה שהושגו על ידי טכניקות יציקה או פרזול קונבנציונליות. צורת גרגר, חלוקת פאזה ופגמים מיקרוסקופיים - המשפיעים על ביצועי מתכת מודפסים בתלת מימד וחוזק משקפים את הווריאציות הללו במיוחד.
חוזק וגמישותם של חומרי מתכת נסחרו מזמן; חוזק גבוה נובע בדרך כלל משיכות נמוכה, ולהיפך. אבל בתחום ההדפסה התלת-ממדית, הפשרה הזו הפכה להיות מסובכת יותר ויותר. בעוד שהדפסה תלת מימדית מציעה אינספור הזדמנויות לייעול עיצוב על ידי ייצור חלקי מתכת בעלי צורות גיאומטריות ומיקרו מבנים מורכבים, לעיתים קשה להגיע לחוזקה ולביצועים שלה לרמה של תהליכים קונבנציונליים עקב פגמי מיקרו שונים ואי-הומוגניות גרגירים שהוכנסו במהלך תהליך ההדפסה.
2. טכניקות להעלאת חוזק מתכת מודפס בתלת מימד
חוקרים עקבו אחר מספר גישות להעלאת חוזקן של מתכות מודפסות בתלת מימד.
אופטימיזציה של עיצוב סגסוגת: ניתן לשנות הרבה את מבנה המיקרו ואת מאפייני המתכת על ידי שינוי הרכב הסגסוגת. עבור סגסוגות טיטניום, למשל, שימוש במוליבדן (Mo), יכול לעזור להגביר את יציבות הפאזה ואחידות החוזק והגמישות. על ידי שימוש בעיצוב סגסוגת כפולה, הושגה סגסוגת טיטניום מודפסת בתלת מימד עם הומוגניות סופר, חוזק גבוה ומשיכות על ידי צוות משולב המורכב מהאוניברסיטה הטכנית של דנמרק, אוניברסיטת צ'ונגצ'ינג ואוניברסיטת קווינסלנד. המשיכות שלו היא 26%; חוזק התפוקה שלו הוא 926MPa.
שיטת בקרה: תהליך מבנה המיקרו ואיכויות המתכות מושפעות מאוד מפרמטרים שנקבעו במהלך תהליך ההדפסה לרבות כוח לייזר, מהירות סריקה, עובי שכבה וכו'. ניתן למזער פגמי מיקרו ולשפר את חוזקה ואיכויות המתכת על ידי ייעול גורמים אלו.
שינוי במבנה המיקרו של הדגנים וחיזוק גבול הגרגירים העדינים ניתן להעלות את החוזק והקשיות של מתכות על ידי שיפור צורת וצורת הגרגרים. שימוש בגלים קוליים בעוצמה גבוהה, התאמת הגדרות עיבוד, או הוספת מבנים הטרו-מבנים, למשל, עשויים לעזור להתפתח של גבישים בעלי שווי ערך, וכך להפחית את התפתחותם של גרגירי עמודים, ולפיכך את החיזוק והמשיכות של מתכות מודפסות בתלת-ממד.
לאחר עיבוד: לאחר הדפסה, טיפול בחום יכול לעזור למיקרו-מבנה ואיכויות של מתכות להיות הרבה יותר טובות. עם זאת, יש להזכיר שבחירה מדוקדקת של פרמטרים לטיפול בחום היא חיונית שכן טיפול בחום עשוי להביא פגמים מיקרו חדשים או לשנות את המיקרו-מבנה המקורי.
3.במקרה של חוזק מתכת תלת מימדי
חוזק וגמישות גבוהים של סגסוגות טיטניום: הוספת יסודות מוליבדן יצרה סגסוגות טיטניום מודפסות תלת-ממדיות הומוגניות ביותר, בעלות חוזק גבוה ומשיכות, כפי שהוזכר קודם לכן על ידי צוות משולב מאוניברסיטאות אוסטרליות כולל אוניברסיטת קווינסלנד. מלבד האיכויות המכניות הנהדרות שלה, לסגסוגת הטיטניום הזו יש יכולת התקשות עבודה טובה, הפותחת דלתות לשימוש בסקטורים יוקרתיים כולל תעופה וחלל.
צוות שיתוף הפעולה של המכון למתכות של האקדמיה הסינית למדעים ואוניברסיטת קליפורניה, ברקלי, ארה"ב, פיתח סגסוגת כמעט ללא נקבוביות ליד Net-AM Ti-6Al-4V על ידי המצאה תהליך NAMP חדש של פגם ורקמות ויסות צעד אחר צעד, עם עמידות גבוהה לעייפות. בין כל נתוני עייפות החומר המתועדים, חוזק עייפות המתיחה של סגסוגת זו גבוה עד 978MPa, חוזק העייפות הספציפית הגדול ביותר. הצלחה זו מראה את היתרונות המיוחדים של טכנולוגיית הדפסת תלת מימד בייצור עמיד לעייפות ומשנה את הידע הטבעי של אנשים לגבי הביצועים הנמוכים של חומרי הדפסה תלת מימדיים.
צוות מחקר של אוניברסיטת Purdue יצר סגסוגת אלומיניום בעלת חוזק גבוה במיוחד עבור הדפסת תלת מימד. על ידי שילוב מתכות מעבר כגון קובלט, ברזל, ניקל וטיטניום לאלומיניום כדי ליצור תרכובות בין-מתכתיות ניתנות לעיוות רב-שכבתי ננומטרי, הם יצרו סוג חדש של סגסוגת אלומיניום המשלבת חוזק רב ויכולת דפורמציה פלסטית טובה. חוזקה של סגסוגת אלומיניום זו עולה על 900MPa, כך שיוצר הזדמנויות נהדרות לשימוש בסגסוגות אלומיניום בעלות חוזק גבוה במספר מגזרים.
https://www.china-3dprinting.com/metal-3d-printing/3d-printing-inconel-625-turbine-blades.html