无缺陷马氏体钢3D打印新技术,可打印任意形状汽车部件

来源:盖世汽车

发布时间:2020年5月9日上午 11:05:21

据外媒报道,美国德州农工大学(Texas A&M University)和空军研究实验室(AFR)的研究人员,开发了一种无缺陷3D打印马氏体钢零部件的技术。与同类钢材相比,马氏体钢强度更高,更具成本效益,在航空航天、汽车和国防工业等领域均有应用。
 
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(图片来源:Texas A&M 官网)
该校材料科学与工程系负责人Ibrahim Karaman表示:“强韧钢应用广泛,但是通常很贵。马氏体钢是唯一的例外,每磅不到一美元,成本相对较低。我们开发了一个3D打印框架,可以将这些硬钢打印成任意几何形状的无瑕疵物体。”
很多种合金是由铁、碳和其它元素构成,而马氏体钢是通过将钢设为高温状态再进行骤冷制成。在冷却过程中,碳原子被困在铁晶体中,使钢材形成极好的强度。为了满足不同的应用,需要将马氏体钢(特别是一种低合金马氏体钢)制成不同形状和大小的物体。这时,3D打印技术提供了实用的解决方案。采用这种技术,可以用锋利的激光束加热和熔化一层又一层的金属粉末,通过连接和堆叠,制造出复杂的物品。
然而,利用激光3D打印马氏体钢,可能产生非预期缺陷,比如材料内部出现气孔。Karaman表示:“用于3D打印的原材料非常坚硬,但是,小孔会大大降低最终打印物体的强度。”研究团队利用现有焊接数学模型,预测在不同激光速度和功率参数下,单层马氏体钢粉的熔化模式;然后分析这些模型中产生的缺陷数量和性质,并在此基础上调整相应设置,以改进结果和预测能力。
最终创建的框架能够正确预测,一套未经测试的新激光设置在打印钢时是否会产生缺陷。这种创新预测技术,将缩短评估和寻找合适的马氏体钢打印参数的时间。工程学院研究生、该研究的主要作者Raiyan Seede表示:“测试所有激光设置的可能性,评估哪些可能导致缺陷,是非常耗时的,有时甚至无法做到这一点。通过结合实验和建模,我们开发出简单快捷的步进式过程,用来确定哪种设置最适合3D打印马氏体钢。”
据介绍,无缺陷打印马氏体钢的方法,也适用于其他金属。Karaman称:“我们简化了3D打印金属的艺术,使最终产品没有气孔,这是金属增材制造行业的一次重大发展。”

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