Endlich ein einfacher 3-D-Drucker für Metall

Anonim

In den letzten zehn Jahren wurden 3D-Druckmaterialien hergestellt, um dreidimensionale Objekte nahezu jeder Art herzustellen, und zwar in einer Reihe von Branchen, einschließlich Gesundheitswesen, Luftfahrt und Maschinenbau. Die in der Fachzeitschrift Materials Today veröffentlichte Studie zeigt einen neuen Ansatz für den 3D-Druck, bei dem metallische Filamente aus metallischem Glas zu metallischen Objekten verschmelzen.

Jan Schroers, Professor für Maschinenbau und Materialwissenschaften an der Yale University und Desktop Metal, Inc. in Burlington, Massachusetts, USA, weisen zusammen mit Kollegen darauf hin, dass der 3D-Druck von Thermoplasten sehr fortschrittlich ist, aber der 3D-Druck von Metalle sind immer noch anspruchsvoll und begrenzt. Der Grund dafür ist, dass Metalle im Allgemeinen nicht in einem Zustand existieren, in dem sie leicht extrudiert werden können.

"Wir haben in dieser Arbeit theoretisch gezeigt, dass wir eine Reihe anderer massiver metallischer Gläser verwenden können und daran arbeiten, das Verfahren praktikabler zu machen und kommerziell nutzbar zu machen, um 3-D-Drucken von Metallen so einfach und praktisch wie das 3D zu machen Druck von Thermoplasten ", sagte Prof. Schroers.

Im Gegensatz zu herkömmlichen Metallen haben Bulk-Metallic-Gläser (BMGs) in ihrem thermodynamischen Profil eine unterkühlte Flüssigkeitsregion und können beim Erhitzen kontinuierlich erweichen - ein Phänomen, das bei Thermoplasten, aber nicht bei herkömmlichen Metallen auftritt. Prof. Schroers und Kollegen haben damit gezeigt, dass BMGs im 3-D-Druck zur Herstellung von festen, hochfesten Metallkomponenten unter Umgebungsbedingungen, wie sie im thermoplastischen 3D-Druck verwendet werden, verwendet werden können.

Die neue Arbeit könnte die offensichtlichen Kompromisse bei der Auswahl von thermoplastischen Komponenten gegenüber Metallkomponenten oder umgekehrt für eine Reihe von Materialien und technischen Anwendungen umgehen. Die additive Herstellung von Metallkomponenten wurde zuvor entwickelt, wobei ein Pulverbettschmelzverfahren verwendet wird, jedoch nutzt dies eine stark lokalisierte Heizquelle und dann die Verfestigung eines pulverförmigen Metalls, das zu der gewünschten Struktur geformt ist. Dieser Ansatz ist teuer und kompliziert und erfordert unhandliche Trägerstrukturen, die nicht durch die hohen Temperaturen des Herstellungsprozesses verzerrt werden.

Der Ansatz von Prof. Schroers und seinen Kollegen vereinfacht die additive Fertigung metallischer Bauteile, indem er das einzigartige Erweichungsverhalten von BMGs ausnutzt. Gepaart mit diesen kunststoffähnlichen Eigenschaften sind hohe Festigkeits- und Elastizitätsgrenzen, hohe Bruchzähigkeit und hohe Korrosionsbeständigkeit. Das Team hat sich auf ein BMG aus Zirkonium, Titan, Kupfer, Nickel und Beryllium mit der Legierungsformel Zr44Ti11Cu10Ni10Be25 konzentriert. Dies ist ein gut charakterisiertes und leicht verfügbares BMG-Material.

Das Team verwendete amorphe Stäbe mit einem Durchmesser von 1 Millimeter (mm) und einer Länge von 700 mm. Eine Extrusionstemperatur von 460 Grad Celsius wird verwendet und eine Extrusionskraft von 10 bis 1000 Newton, um die erweichten Fasern durch eine Düse mit einem Durchmesser von 0, 5 mm zu drücken. Die Fasern werden dann zu einem rostfreien Stahlnetz mit 400ºC extrudiert, in dem die Kristallisation nicht vor Ablauf mindestens eines Tages stattfindet, bevor eine robotergesteuerte Extrusion durchgeführt werden kann, um das gewünschte Objekt zu erzeugen.

Auf die Frage, welche Herausforderungen bestehen, den BMG 3D-Druck zu einer weit verbreiteten Technik zu machen, fügte Prof. Schroers hinzu: "Um den BMG 3D-Druck weitgehend zu nutzen, muss praktisches BMG-Rohmaterial für eine breite Palette von BMGs verfügbar gemacht werden Um die Herstellung von Schmelzfilamenten kommerziell zu nutzen, muss die Schicht-zu-Schicht-Verbindung zuverlässiger und konsistenter sein. "

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