צוות מחקר בראשות טאו טאו, פרופסור חבר למדעי החומרים והנדסה באוניברסיטת וירג'יניה, גילה שתי תגליות שיכולות להרחיב את הייצור התוסף בתעופה וחלל ובתעשיות אחרות הנשענות על חלקי מתכת חזקים.

לפי דו"ח של איגוד טכנולוגיות הייצור, ייצור תוסף תרם לייצור מטוסים לאורך השנים. עם זאת, ייצור תוסף יוצר גם פגמים במבנה המיקרו של החלק הסופי, מה שמגביל את תפקידו לייצור צינורות, רכיבים פנימיים וחלקים לא קריטיים אחרים. הייצור המוסף של חלקים בפיקוח בטיחות יסייע לתעשיית התעופה לממש את רצונה לניהול שרשרת אספקה ​​יעיל ויציב, כמו גם את החיסכון בדלק והפחתת הפליטה הנלווים למטוסים קלים.

הצוות ומשתפי הפעולה של Sun גילו מדוע מתרחשים פגמים מבניים בייצור תוסף של חלקים העשויים מסגסוגות טיטניום בעלות חוזק גבוה וקלות משקל, הנמצאות בשימוש נרחב ביישומי תעופה וחלל. הם מספקים שרטוטי תהליך, שרטוטים למכונות לייצור חלקים, ומסייעים ליצרנים להימנע מפגמים בטכניקת ייצור תוספים נפוצה הנקראת היתוך לייזר אבקה.

המאמר של הצוות "חוסר היציבות הקריטית של קצהו של חור קטן נע יוצר נקבוביות בהמסת לייזר" פורסם בגיליון ה-27 בנובמבר של "Science". ג'או קאנג היה פוסט-דוקטורט בקבוצת המחקר Sun במעבדה הלאומית של Argonne וכעת הוא חבר סגל במחלקה להנדסת מכונות באוניברסיטת טסינגואה בבייג'ינג. הוא כותב עבודת גמר יחד עם עמיתים מאוניברסיטת קרנגי מלון, אוניברסיטת ארגון, יוטה ו-UVA. הסופר השני, Niranjan D. Parab, הוא גם אחד מהפוסט-דוקטורנטים במעבדה הלאומית של Sun's Argonne ומאז הצטרף לאינטל.

צוות המחקר התמקד בשני התנאים החשובים ביותר של תהליך הייצור התוסף, כלומר כוח לייזר ומהירות סריקה. ההגדרה והאינטראקציה של שני התנאים הללו נלכדים בתרשים תהליך מהירות הכוח. בדומה למפה הקונבנציונלית, מפת מהירות הכוח קובעת קו גבול בין האזור שבו יש לעבוד לבין האזור שיש להימנע ממנו.

ניתן לחלק את גרף מהירות הכוח לאזור טוב ושלושה אזורים רעים. אם היצרן נשאר באזור טוב, סביר להניח שהחלק ייצר באופן עקבי חלקים באיכות גבוהה. קל לזהות את שני האזורים הרעים. האחת היא תופעת היעדר היתוך, שמעידה על האבקה הבלתי מומסת הנגרמת כתוצאה מצפיפות כוח לייזר לא מספקת. כאשר קו הדפסה בודד מתגלגל על ​​עצמו, האזור הרע השני מיוצג על ידי כדור, מה שמצביע על כך שהלייזר נע מהר מדי.

סאן והצוות התמקדו באזור הרביעי. באזור זה, לחלק יהיו חורים זעירים כאשר הוא יוצא מתהליך הייצור. פגם מבני זה נקרא נקבובית. חורים זעירים אלו מופיעים בתוך החומר, מה שמקשה על הראייה והשליטה. Sun אמר: "אתה יכול להדפיס שורות בדיקה מרובות, ואתה עדיין לא יודע אם יש עדיין נקבוביות על פני החלק."

פגמים בנקבוביות נותרו אתגר עבור יישומים רגישים לעייפות כמו כנפי מטוסים. בתנאי התכה של לייזר עם הספק גבוה ומהירות סריקה נמוכה, חלק מהנקבוביות קשורות לשקעי אדים עמוקים וצרים הנקראים חורי מפתח.

Sun וצוותו גילו כיצד נוצרות הנקבוביות ויכולים לאפיין את הטרנספורמציה של חומרים עם רזולוציה מרחבית-זמנית גבוהה במהלך תהליך ההדפסה התלת-ממדית. הם השתמשו בטכניקת הדמיה שנקראת הדמיית סינכרוטרון במהירות גבוהה, המנטרת את היווצרות החורים מסגרת אחר מסגרת לאורך תהליך הדפסת הלייזר. לכידת תמונות במרווחים של מיקרו-שניות היא הרבה מעבר למה שהעין האנושית יכולה ללכוד או שהמוח האנושי יכול לעבד.

הדמיית רנטגן סינכרוטרון במהירות גבוהה היא השיטה הזמינה היחידה למדידה איכותית ולתאר מה קורה כאשר קרן לייזר נחשפת למצע של אבקת מתכת. בנוסף להמסת אבקה, הלייזר גם יאדה מתכת מסוימת. הקיטור המהיר בורח מפני השטח של הבריכה המותכת, ויוצר חלל קטן הנקרא חור מנעול.

היווצרות וגודל חור המנעול תלויים בעוצמת הלייזר וביכולת של החומר לקלוט אנרגיית לייזר. אם קיר חור המנעול יציב, זה ישפר את ספיגת הלייזר של החומרים שמסביב וישפר את היעילות של ייצור הלייזר. עם זאת, אם הקיר רועד או יקרוס, החומר יתמצק סביב חור המנעול, וילכוד את כיס האוויר בשכבת החומר החדשה שנוצרה. זה הופך את החומר לשביר יותר וקל יותר לפיצוח בלחץ הסביבה.

סאן מתאר את הגבול בין האזור הטוב לאזור הנקבוביות הרע כחלק וברור. "בתנאי לייזר צרים מאוד, שילוב ספציפי של כוח ומהירות מפריד בין חלק טוב לחלק עם נקבוביות. פשוט חצו את הגבול בין האזור הטוב לאזור הרע כדי לקבוע אם החלק שלך נמצא עם הפגם המבני הזה", אמר סאן . בהתבסס על העקרונות הפיזיקליים של גבול כה חלק וחד, סאן ידעה שתת-תהליך עובד.

הצוות גילה בסופו של דבר שהאינטראקציה של לייזרים ומתכות מייצרת גלי קול.

סאן הסביר שגלי קול יכולים לקיים אינטראקציה עם בועות בנוזלים בדרכים שונות. תחת פעולת כוח הקול, בועות יכולות לנוע, לעוות, להתפצל או אפילו להתמוטט. במחקר זה, צוות המחקר מצא כי בתנאי לייזר קרובים לגבול אזור הצמצם, לכוח הקול יש תפקיד חיוני בהרחקת הצמצם מקצה חור המנעול. בהיעדר גלי קול בבריכה המותכת, הצמצם יימשך חזרה לחור המנעול.

"זה ממש מפתיע," אמר סאן. "לייזרים קצרי דופק נחשבים למקור של גלי קול בנוזלים, אבל צפינו בהשפעות אקוסטיות בעת שימוש בלייזרי גל רציף. ברור שעדיין ישנן סוגיות מעניינות רבות הדורשות מחקר נוסף".

לשתי התגליות המתוארות במגזין "מדע" יש השפעה ישירה על ייצור תוסף לייזר למתכת בתחום המחקר הבסיסי והיישומי. הגבול המוגדר בבירור של אזור הנקבוביות בגרף מהירות הכוח מספק לטכנאי היתוך של מיטת אבקת לייזר ביטחון רב יותר בקביעת תנאי הדפסה טובים. במקביל, התצפיות החדשות שמספקות הדמיית רנטגן סינכרוטרון פתחו תחומי מחקר רב-תחומיים מרגשים, שימשכו מדענים נוספים לערוך מחקר בסיסי על ייצור תוסף לייזר.

צוות המחקר של Sun ב-UVA ימשיך ליישם את טכניקות האפיון המתקדמות ביותר כדי לבצע מחקר מעמיק על תהליכי ייצור תוספים וחומרים. טכנולוגיית ייצור תוסף צפויה לחולל מהפכה בדרך שבה אנו מייצרים.

"ייצור תוסף יכול למצות את מלוא הפוטנציאל שלו רק לאחר שקהילת המחקר תרכיב את כל העקרונות הפיזיקליים היפים השולטים באינטראקציות המורכבות בין אנרגיה לחומר הכרוכות בתהליך ההדפסה".

המחברים השותפים של צוות המחקר הם אנתוני רולט, פרופסור למדעי החומרים והנדסה באוניברסיטת קרנגי מלון; Kamel Fezzaa, פיזיקאי במעבדה הלאומית של Arkham; ואוניברסיטת יהודה וונדה טן, עוזרת פרופסור להנדסת מכונות; ד"ר לי ודוקטורט. סטודנט של המחלקה להנדסת מכונות באוניברסיטת יוטה.

קישור למאמר זה: 

לתרום להרחבת הייצור המוסף בתעשיות התעופה והחלל ובתעשיות אחרות הנשענות על חלקי מתכת חזקים

הצהרה מחודשת: אם אין הוראות מיוחדות, כל המאמרים באתר זה מקוריים. אנא ציין את המקור להדפסה חוזרת: https: //www.cncmachiningptj.com/，thanks！

PTJ® מספק מגוון רחב של דיוק מותאם אישית עיבוד cnc סין שירותי.מוסמך ISO 9001:2015 &AS-9100. יצרן עיבוד שבבי בקנה מידה גדול של תיקים רפואיים, מתן עיצוב תלת מימד, אב טיפוס ושירותי משלוח גלובליים. מציע גם מארזים קשיחים, EVA חצי קשיח, מארזים תפורים רכים, פאוצ'ים ועוד עבור יצרני OEM. כל המארזים מיוצרים בהתאמה אישית לפי מפרטים עם אינסוף שילובים של חומרים, תבניות, כיסים, לולאות, רוכסנים, ידיות, לוגו ואביזרים. אפשרויות חסינות זעזועים, עמידות במים וידידותיות לסביבה. חלקים רפואיים, תגובת חירום, חלקים אלקטרוניים, תאגידים, חינוך, צבא, ביטחון, ספורט, חוצות ותעשיות בנייה. השירותים כוללים ייעוץ לקונספט של מקרה, עיצוב תלת מימד, יצירת אב טיפוס, יצירת רוטוטיפוס,קידוח CNC שירותים וייצור. ספר לנו קצת על תקציב הפרויקט שלך וזמן האספקה ​​הצפוי. אנו נתכנן איתך אסטרטגיה כדי לספק את השירותים המשתלמים ביותר כדי לעזור לך להגיע ליעד שלך, אתה מוזמן לפנות אלינו ישירות ( sales@pintejin.com ).