科學(xué)家開發(fā)新技術(shù)可成功預(yù)測激光3D打印的臨界沉積高度

澳大利亞和印度的研究人員開發(fā)了一種新的理論模型,，可成功預(yù)測激光3D打印的殘余應(yīng)力和臨界沉積高度,。該模型由印度理工學(xué)院孟買的Ramesh Singh教授團(tuán)隊(duì)與莫納什大學(xué)的Wenyi Yan教授共同開發(fā),，研究了熱機(jī)械行為和通過直接能量沉積技術(shù)（如激光熔覆）進(jìn)行的冶金轉(zhuǎn)化。

激光熔覆廣泛用于汽車和航空航天工業(yè)中零件和結(jié)構(gòu)部件的維護(hù),，修理和大修,，因?yàn)樗�改善了材料特性�,！岸ㄏ蚰芰砍练e方法在航空航天部件,，模具和模具的維修和再制造方面具有巨大的潛力，這些部件，模具和模具因循環(huán)熱機(jī)械加載而受到損壞,。但是,，沉積層中存在拉伸殘余應(yīng)力會(huì)降低恢復(fù)部件的疲勞壽命。在這項(xiàng)協(xié)同工作中開發(fā)的完全耦合的熱機(jī)械和冶金模型已用于確定臨界沉積高度,，以確保壓縮殘余應(yīng)力,。沉積層可持續(xù)修復(fù)�,！�

他們的工作在《科學(xué)報(bào)告》雜志上在線發(fā)表,。在該論文中，研究人員報(bào)告說,，通過其金屬熱機(jī)械模型預(yù)測的激光熔覆鋼橫截面上殘余應(yīng)力的變化表明存在臨界沉積高度。沉積的臨界高度對應(yīng)于層厚度,，當(dāng)沉積時(shí),，層厚度將使沉積層和基板中的有益壓縮殘余應(yīng)力最大化。低于臨界高度的沉積將在界面處產(chǎn)生有害的拉伸殘余應(yīng)力,，而高于臨界高度的沉積將導(dǎo)致過度稀釋,。

研究還發(fā)現(xiàn)，在沉積的臨界高度,，凝固速率最小,。Kowari殘余應(yīng)力衍射儀用于測量H13鋼樣品中的宏觀殘余應(yīng)力，該樣品是用釩含量高的坩堝顆粒冶金鋼粉激光包覆的,。Kowari殘余應(yīng)力的三維測量是高度準(zhǔn)確和非破壞性的,。

用Neutron和X射線衍射測量有限元模型預(yù)測殘余應(yīng)力的比較。圖片來源：澳大利亞核科學(xué)技術(shù)組織（ANSTO）

“使用應(yīng)變掃描儀器 Kowari,，我們能夠識別沉積層中的三軸殘余應(yīng)力,，這證實(shí)了模型預(yù)測的位置，”Mark Reid博士的論文的共同作者研究科學(xué)家和工業(yè)聯(lián)絡(luò)經(jīng)理Anna博士說,。激光熔覆包括將熔融金屬沉積在相對冷的鋼基板上,，產(chǎn)生復(fù)雜的殘余應(yīng)力分布。

基于熱機(jī)械性能的理論模型（通常使用）被證明高估了拉伸殘余應(yīng)力并低估了基材和界面中的壓縮殘余應(yīng)力,。該團(tuán)隊(duì)使用印度理工學(xué)院的表面X射線衍射測量一個(gè)方向的殘余應(yīng)力,。然而，重要的是進(jìn)行獨(dú)立的完全非破壞性的體積測量,，以驗(yàn)證內(nèi)部測量程序,。兩種衍射技術(shù)都表明在熔體前沿附近存在拉伸殘余應(yīng)力，在沉積層和界面區(qū)域中存在壓應(yīng)力,�,！傲私鈶�(yīng)力并能夠預(yù)測它們對于增材制造行業(yè)非常重要。驗(yàn)證模型非常有益，因?yàn)槭褂迷撃Ｐ瓦M(jìn)一步優(yōu)化制造過程將具有成本效益并節(jié)省時(shí)間,，”Paradowska說,。

”該模型允許您計(jì)算激光位置速率，以達(dá)到特定的沉積高度,，同時(shí)最大限度地減少有害應(yīng)力的影響,，并最大化有益的壓縮應(yīng)力�,！痹撗芯康淖髡呓ㄗh展示一種科學(xué)的技術(shù)解決方案,，可以提高激光添加劑工藝制造的元件的質(zhì)量，安全性和經(jīng)濟(jì)性,。

來源：中國3D打印網(wǎng)