ซูเปอร์ลอยด์ที่ทนต่อข้อบกพร่องสามารถพิมพ์แบบ 3 มิติได้


บาคาร่า สมัครบาคาร่า 

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมามีความเป็นไปได้ที่จะใช้ลำแสงเลเซอร์และลำแสงอิเล็กตรอนเพื่อ "พิมพ์" วัตถุทางวิศวกรรมที่มีรูปร่างซับซ้อนซึ่งไม่สามารถทำได้โดยการผลิตแบบเดิม กระบวนการผลิตสารเติมแต่ง (AM) หรือการพิมพ์ 3 มิติสำหรับวัสดุโลหะเกี่ยวข้องกับการหลอมและหลอมรวมอนุภาคผงขนาดเล็กซึ่งแต่ละเม็ดละเอียดกว่าเม็ดทรายชายหาดประมาณ 10 เท่าใน "แอ่งน้ำ" ขนาดย่อยมิลลิเมตรที่สร้างขึ้นโดย มุ่งเน้นไปที่ลำแสงเลเซอร์หรืออิเล็กตรอนบนวัสดุ

"คานที่เน้นการควบคุมที่ยอดเยี่ยมช่วยให้ "ปรับแต่ง" คุณสมบัติในตำแหน่งที่สำคัญของวัตถุที่พิมพ์ออกมาได้" Tresa Pollock ศาสตราจารย์ด้านวัสดุและรองคณบดีของวิทยาลัยวิศวกรรมศาสตร์แห่ง UC Santa Barbara กล่าว "น่าเสียดายที่โลหะผสมขั้นสูงจำนวนมากที่ใช้ในสภาพแวดล้อมที่มีความร้อนสูงและมีฤทธิ์กัดกร่อนทางเคมีที่พบในการใช้พลังงานอวกาศและนิวเคลียร์ไม่สามารถใช้ร่วมกับกระบวนการ AM ได้"

ความท้าทายในการค้นพบวัสดุใหม่ที่เข้ากันได้กับ AM เป็นสิ่งที่ไม่อาจต้านทานได้สำหรับ Pollock นักวิทยาศาสตร์ชื่อดังระดับโลกที่ทำการวิจัยเกี่ยวกับวัสดุและสารเคลือบโลหะขั้นสูง "สิ่งนี้น่าสนใจ" เธอกล่าว "เนื่องจากชุดโลหะผสมที่เข้ากันได้สูงสามารถเปลี่ยนการผลิตวัสดุโลหะที่มีมูลค่าทางเศรษฐกิจสูงเช่นวัสดุที่มีราคาแพงเนื่องจากองค์ประกอบของมันค่อนข้างหายากภายในเปลือกโลกโดยการทำให้ การผลิตการออกแบบที่ซับซ้อนทางเรขาคณิตโดยมีเศษวัสดุน้อยที่สุด

"โลหะผสมที่มีความแข็งแรงสูงมากส่วนใหญ่ซึ่งทำงานในสภาพแวดล้อมที่รุนแรงไม่สามารถพิมพ์ได้เนื่องจากมีรอยแตก" Pollock ศาสตราจารย์ด้านวัสดุที่มีความโดดเด่นของ ALCOA กล่าวต่อ "พวกมันสามารถแตกในสถานะของเหลวเมื่อวัตถุยังคงถูกพิมพ์อยู่หรืออยู่ในสถานะของแข็งหลังจากที่นำวัสดุออกมาและได้รับการบำบัดความร้อนบางส่วนสิ่งนี้ได้ป้องกันไม่ให้ผู้คนใช้โลหะผสมที่เราใช้ในแอปพลิเคชันในปัจจุบันเช่น เครื่องยนต์ของเครื่องบินเพื่อพิมพ์การออกแบบใหม่ ๆ เช่นสามารถเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานหรือประสิทธิภาพการใช้พลังงานได้อย่างมาก "

ตอนนี้ในบทความในวารสารNature Communications , Pollock ร่วมกับ Carpenter Technologies, Oak Ridge National Laboratory, ทีมนักวิทยาศาสตร์ของ UCSB Chris Torbet และ Gareth Seward และ UCSB Ph.D. นักเรียน Sean Murray, Kira Pusch และ Andrew Polonsky อธิบายถึงซูเปอร์อัลลอยด์คลาสใหม่ที่เอาชนะปัญหาการแตกร้าวนี้ได้ดังนั้นจึงถือเป็นคำมั่นสัญญาอันยิ่งใหญ่ในการพัฒนาการใช้ AM เพื่อผลิตส่วนประกอบที่ซับซ้อนเพียงครั้งเดียวเพื่อใช้ในความเครียดสูง - สภาพแวดล้อมประสิทธิภาพ

งานวิจัยนี้ได้รับการสนับสนุนจากทุน 3 ล้านดอลลาร์ของ Vannevar Bush Faculty Fellowship (VBFF) ที่ Pollock ได้รับรางวัลจากกระทรวงกลาโหมสหรัฐฯในปี 2560 

ในบทความนี้ผู้เขียนอธิบายถึงซูเปอร์อัลลอยด์ที่มีความแข็งแรงสูงทนต่อข้อบกพร่องชนิดใหม่ที่พิมพ์ได้ 3 มิติซึ่งโดยทั่วไปแล้วเป็นโลหะผสมที่ทำจากนิกเกิลซึ่งรักษาความสมบูรณ์ของวัสดุที่อุณหภูมิสูงถึง 90% ของจุดหลอมเหลว โลหะผสมส่วนใหญ่จะแตกตัวที่ 50% ของอุณหภูมิหลอมละลาย ซูเปอร์อัลลอยใหม่เหล่านี้ประกอบด้วยโคบอลต์ (Co) และนิกเกิล (Ni) ที่เท่า ๆ กันรวมทั้งองค์ประกอบอื่น ๆ ในปริมาณที่น้อยกว่า วัสดุเหล่านี้สามารถตอบสนองต่อการพิมพ์ 3 มิติที่ปราศจากรอยแตกผ่านการหลอมด้วยลำแสงอิเล็กตรอน (EBM) รวมถึงวิธีการแบบผงเลเซอร์ที่ท้าทายยิ่งขึ้นทำให้เป็นประโยชน์ในวงกว้างสำหรับเครื่องพิมพ์ที่กำลังเข้าสู่ตลาดมากมาย

เนื่องจากคุณสมบัติเชิงกลที่ยอดเยี่ยมในอุณหภูมิที่สูงขึ้นซูเปอร์อัลลอยที่ทำจากนิกเกิลจึงเป็นวัสดุที่เลือกใช้สำหรับส่วนประกอบโครงสร้างเช่นใบกังหันเดี่ยวคริสตัล (SX) และใบพัดที่ใช้ในส่วนที่ร้อนของเครื่องยนต์เครื่องบิน ในรูปแบบหนึ่งของ superalloy ที่ทีมพัฒนาขึ้น Pollock กล่าวว่า "โคบอลต์ที่มีเปอร์เซ็นต์สูงทำให้เราสามารถออกแบบคุณสมบัติให้อยู่ในสถานะของเหลวและของแข็งของโลหะผสมที่ทำให้เข้ากันได้กับสภาพการพิมพ์ที่หลากหลาย"

การพัฒนาโลหะผสมใหม่ได้รับการอำนวยความสะดวกโดยงานก่อนหน้านี้ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของโครงการที่ได้รับทุนจาก NSF ซึ่งสอดคล้องกับโครงการริเริ่มจีโนมวัสดุแห่งชาติซึ่งมีเป้าหมายพื้นฐานในการสนับสนุนการวิจัยเพื่อรับมือกับความท้าทายที่ยิ่งใหญ่ที่เผชิญกับสังคมโดยการพัฒนาวัสดุขั้นสูง "เร็วขึ้นสองเท่าที่ ครึ่งหนึ่งของต้นทุน "

งาน NSF ของ Pollock ในพื้นที่นี้ดำเนินการโดยความร่วมมือกับเพื่อนอาจารย์ด้านวัสดุ UCSB Carlos G.Levi และ Anton Van der Ven ความพยายามของพวกเขาเกี่ยวข้องกับการพัฒนาและรวมชุดเครื่องมือออกแบบโลหะผสมเชิงคำนวณและปริมาณงานสูงที่จำเป็นในการสำรวจพื้นที่องค์ประกอบหลายองค์ประกอบขนาดใหญ่ที่จำเป็นในการค้นพบโลหะผสมใหม่ ในการหารือเกี่ยวกับเอกสารฉบับใหม่ Pollock ยังยอมรับถึงบทบาทสำคัญของสภาพแวดล้อมการวิจัยร่วมกันในวิทยาลัยวิศวกรรมศาสตร์ที่ทำให้งานนี้เป็นไปได้

บาคาร่า สมัครบาคาร่า



Post by Wanda Maximoff :: Date 2021-03-25 02:40:40


Opinion
Opinion *
By  *
E-Mail 
Don't Display E-mail