FDM 3D打印鈦合金!TEES與Virtual Foundry合作研究

2024年1月22日，南極熊獲悉，金屬絲制造商The Virtual Foundry將與德克薩斯 A&M 大學(xué)系統(tǒng)下屬機(jī)構(gòu)德克薩斯 A&M 工程實(shí)驗(yàn)站(TEES)合作，開(kāi)展金屬 3D 打印領(lǐng)域的研究。

這項(xiàng)研究由 Chukwuzubelu Ufodike 博士領(lǐng)導(dǎo)，旨在研究燒結(jié)溫度和時(shí)間對(duì)熔絲制造 (FFF) 3D 打印鈦合金零件的影響。Chukwuzubelu Ufodike 博士表示：“此次合作代表著我們?cè)诩由顚?duì) 3D 打印燒結(jié)過(guò)程的理解方面邁出了重大一步。我們與 Virtual Foundry 和 TEES 合作，旨在突破增材制造材料開(kāi)發(fā)的界限�！�

△3D打印金屬歧管

采用熔絲制造的鈦金屬 3D 打印精度

FFF 是一種 3D 打印技術(shù)，涉及分層和融合連續(xù)絲材料來(lái)創(chuàng)建 3D 物體。在3D打印鈦零件的背景下，F(xiàn)FF是指使用鈦絲逐層制造的具體過(guò)程。在此過(guò)程中使用鈦的優(yōu)點(diǎn)，例如強(qiáng)度高、重量輕和耐腐蝕，使其適合航空航天、醫(yī)療保健和工程等行業(yè)的各種應(yīng)用。

The Virtual Foundry 和 TEES 之間的合作將帶來(lái)重要的好處，包括深入了解 FFF 打印鈦零件中燒結(jié)溫度和時(shí)間之間的復(fù)雜關(guān)系。通過(guò)探索燒結(jié)參數(shù)的變化，該研究旨在揭示由此產(chǎn)生的微觀結(jié)構(gòu)演變和機(jī)械行為。

此外，這項(xiàng)研究還旨在加深對(duì)燒結(jié)參數(shù)如何影響尺寸精度和表面質(zhì)量的了解，這些參數(shù)是影響FFF 打印鈦部件精度和光潔度的關(guān)鍵因素。The Virtual Foundry 總裁 Tricia Suess 補(bǔ)充道：“我們很高興能與 Chukwuzubelu Ufodike 博士和 TEES 合作。他們的專業(yè)知識(shí)將有助于縮小廉價(jià)的鈦3D打印與當(dāng)前的燒結(jié)工藝之間的差距，而目前的燒結(jié)工藝對(duì)于普通用戶來(lái)說(shuō)是遙不可及的�！�

2022 年，The VirtualFoundry 推出了一種用于FFF 3D 打印合金脫脂和燒結(jié)的新穎方法。其金屬微波燒結(jié)技術(shù)用微波取代了傳統(tǒng)窯爐，提供了一種可能更快、更具成本效益的方法。

△金屬微波燒結(jié)試樣。圖片來(lái)自Highball

在實(shí)驗(yàn)階段，鋁零件后處理的結(jié)果是有希望的。微波的使用證明了將加工擴(kuò)展到鈦等具有挑戰(zhàn)性的活性合金的潛力，而無(wú)需擔(dān)心氧化問(wèn)題，這標(biāo)志著過(guò)去金屬 3D 打印實(shí)際應(yīng)用的顯著進(jìn)步。

△Ufodike教授研究小組 (PURG) 數(shù)字化制造與分銷實(shí)驗(yàn)室的Ufodike 教授。 照片來(lái)自 Virtual Foundry。

金屬3D打印研究計(jì)劃

來(lái)自國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院(NIST) 和KTH 皇家理工學(xué)院等機(jī)構(gòu)的研究人員研究了激光粉末床熔融 (LPBF) 3D 打印過(guò)程中冷卻速率如何影響金屬性能。這項(xiàng)研究以題為“Solidification modes during additive manufacturing of steel revealedby high-speed X-ray diffraction”的論文發(fā)表在《Acta Materialia》上，深入探討了晶體結(jié)構(gòu)對(duì)打印組件韌性和耐腐蝕性的影響。

論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359645423000459?via%3Dihub

這項(xiàng)研究驗(yàn)證了 Kurz-Giovanola-Trivedi (KGT) 模型，表明在 3D 打印初始階段控制微觀結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)所需的晶體結(jié)構(gòu)。通過(guò)同步加速器實(shí)驗(yàn)證實(shí)，這一發(fā)現(xiàn)為增材制造專業(yè)人員提供了預(yù)測(cè)和控制 3D 打印金屬零件特性的潛力，從而提高了大規(guī)模生產(chǎn)的一致性。

開(kāi)展這項(xiàng)研究的人員來(lái)自清華大學(xué)和新加坡國(guó)立大學(xué)，他們重點(diǎn)研究了流體流動(dòng)對(duì)金屬 3D 打印部件機(jī)械性能的影響，重點(diǎn)關(guān)注枝晶生長(zhǎng)，即熔融金屬凝固過(guò)程中形成的樹(shù)狀晶體結(jié)構(gòu)。

通過(guò)研究枝晶在不同流動(dòng)條件下如何演化，研究小組發(fā)現(xiàn)流體流動(dòng)和凝固速度在金屬 3D 打印過(guò)程中枝晶的形成中起著至關(guān)重要的作用。研究結(jié)果強(qiáng)調(diào)了了解這些因素對(duì)于增強(qiáng) 3D 打印金屬部件的機(jī)械特性的重要性。