Исследователи из Национального института стандартов и технологий (NIST), Университета Висконсин-Мэдисон и Аргоннской национальной лаборатории изготовили особый состав стали 17-4. В напечатанном виде полученный материал полностью идентичен классической версии металла.
Фотография 3D-принтера крупным планом. RodrigoEM/iStock
Результаты исследования были опубликованы в ноябрьском номере журнала Additive Manufacturing. Ученые использовали в эксперименте высокоэнергетическое рентгеновское излучение из ускорителя частиц.
Согласно заявлению NIST, прочность и выносливость материала имеют решающее значение для атомных электростанций, грузовых судов, самолетов и других ключевых технологий. По этой причине для изготовления многих устройств используется чрезвычайно прочный сплав 17-4 нержавеющей стали с осадительной закалкой (PH). Исследователям впервые удалось напечатать сталь 17-4 PH на 3D-принтере, сохранив при этом все ее полезные свойства.
Благодаря последнему исследованию 3D-печать может стать более рентабельной и гибкой для производителей изделий из 17-4 PH. Метод, использованный для изучения вещества в данном проекте, может быть положен в основу более эффективного процесса печати различных веществ, а также прогнозирования их качеств и характеристик.
"В аддитивном производстве металлов, мы, по сути, собираем миллионы крошечных порошкообразных частиц в единое целое с помощью мощного источника, такого как лазер, расплавляем их в жидкость и охлаждаем до твердого состояния", - говорит соавтор исследования физик Фань Чжан из NIST.
"Однако скорость охлаждения очень высока, иногда она превышает миллион градусов Цельсия в секунду, и это экстремальное состояние создает ряд экстраординарных проблем для измерений".
Что происходит во время быстрых изменений температуры?
Для того чтобы проанализировать быстрые структурные изменения, происходящие за тысячные доли секунды, ученым потребовались специальные инструменты. Идеальным методом для этого оказалась синхротронная рентгеновская дифракция, или XRD.
"В рентгенографии рентгеновские лучи взаимодействуют с материалом и формируют сигнал, который похож на отпечаток пальца, соответствующий конкретной кристаллической структуре материала", - говорит Лианьи Чен, профессор машиностроения в UW-Madison и соавтор исследования.
Авторам удалось точно откорректировать состав стали и найти набор композитов, состоящих только из железа, никеля, меди, ниобия и хрома, поскольку теперь у них было четкое понимание формирования структуры во время печати.
Графическая аннотация к исследованию. Fan Zhang et al.
"Контроль состава — это действительно ключ к 3D-печати сплавов. Управляя химическим составом, мы можем контролировать процесс затвердевания. Кроме того, мы показали, что в широком диапазоне скоростей охлаждения, например, от 1000 до 10 миллионов градусов Цельсия в секунду, наши составы стабильно обеспечивают получение полностью мартенситной стали 17-4 PH", - отметил Чжан.
Результаты последнего эксперимента могут оказать влияние не только на производство стали 17-4 PH. Информация, полученная с помощью метода XRD, может быть использована для разработки и тестирования компьютерных моделей, предназначенных для прогнозирования качества печатных изделий, а также для оптимизации других сплавов для 3D-печати.
"Наш продукт 17-4 надежен и воспроизводим. Это позволяет существенно сократить барьер для его коммерческого использования. Если производители будут придерживаться нашей технологии, они смогут распечатывать конструкции из стали 17-4, которые не уступают по качеству традиционным деталям", - считает Чен.
Источники: Additive Manufacturing, NIST
1. (https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2214860422004602)
2. (https://www.nist.gov/news-events/news/2022/09/researchers-uncover-how-3d...)
Комментарии
хм... похоже мне таки придется съесть кепку...
з.ы. если печать решила проблемму напряжения в металле и неоднородностей, эт мега круто.
Они не упоминали использовался ли ГИП, но если они смогли контролировать процесс кристаллизации при настолько быстром остывании, то не сомневаюсь что проблема напряжений снята с повестки дня.
Тут главное в повторяемости, раньше чтоб что-то напечатать проводился по сути микроНИОКР по материаловедению. Тут же у них уже методика есть, как сделать печать повторяемой в принципе.
нет , там есть по физ свойствам стали
а про геометрию молчок
Именно их повторяемость и была проблемой. С геометрической же повторяемостью проблем не было и вовсе.
вы мне арапа не заправляйте
даже в процессе лезвийной обработки детали ведет
а вы хотите получить пространственнную геометрию метуллургическими процессами ?
Получают же.
я в курсе что у них и у нас получается
ротор турбины для зевса лично щупал
так что не надо ля-ля
Далеко не везде нужна микронная точность, а баланс и лазером можно подогнать. Ну и отжиг с последующей лазерной коррекцией никто не отменял, ну там где это ещё возможно сделать.
Подождите есть свою кепку, желаемое очень часто выдаётся за действительное. Нередко присутствует какой-нибудь маленький такой нюансик...
Обязательно будет) Впрочем к этому всё шло. У нас тоже плотно занимаются проблемой воспроизводимости печати.
Конечно присутствует - это особенности самой данной стали !
Тут нюансиков несколько,
Ускоритель недешев, и энергопротребление. В условиях РФ добавятся еще претензии чиновников. Про саму сталь нашел. что :
Нюансик второй - как соотносится цена всего цикла мехобработки детали из проката при малой серии, или чистовой обточки отливки или поковки при большой, с ценой выращивания? В производстве рулит себестоимость в деньгах, стоимости переналадки производства (включая покупку станков), и в станочном времени.
Но новость сама по себе - очень хорошая. Управление свойствами выращенного, это прорыв.
Насколько я понял, тут ускоритель используется на стадии разработки материала.
В цену изделия нужно заложить разработку сплава, цену порошка, амортизацию аддитивной установки, и оборудования для постобработки ( это может быть как и ЧПУ-станок, установка сухого электрохимического полирования, или лазерного полирования ). Вообще переделов получится меньше, чем раньше.
Переделов получится меньше, но они потребуют более сложного и дорогого оборудования. Еще есть и социальная опасность - с более высоких зарплат более квалифицированных операторов, чиновники будут отбирать больше денег, а это уже очень плохо.
Бизнес должен быть социально ответственным и понимать, что вся дичь, которую творят чиновники - "ковидные ограничения", закон Яровой, камеры и горбы на дорогах - все это делается на отобранные у трудящихся деньги.
Тем не менее выигрыш всё равно будет.
А еще дороги и пенсии.
Локхид-Марти, помниться обещал в 17-м году действующий прототип термоядерного ректора на холодном синтезе. Спустя пять лет все уже и забыли об этом. Аддитивные технологи это же конечно круто, за ними будущее. Но думаю, скорее эта технология больше для космоса, для вакуума с невесомостью, хотя и на Земле будет для них огромная ниша. Но готов съесть часть Вашей кепки. если они решили проблему с кристаллизацией. Кроме того, как говориться, есть масса нюансов.
Имхо не торопитесь разнообразить свое питание. Описанная технология весьма похожа на производство аморфных металлов. Там тоже шоковое охлаждение и гомогенная структура. => накопление напряжений при эксплуатации а при попытке термообработки вылезет мгновенная кристаллизация а потом уже и упомянутые Вами неоднородности. Боюсь показаться ретроградом но имхо все эти аддитивные забавы в металлах это попытка отбить огромные инвестиции американцев в порошковые технологии. Там толком не взлетело вот и еще забаву придумали.
НЕ! Я так понял, это просто 1001 исследование, как легирующими добавками подогнать свойства порошковой стали для конкретного 3D-принтера так, что бы распечатанные детали боле-менее соответствовали прокату.
Это не печать, а наплавка, проблему она решить не может, поэтому наплавляют оч.тонким слоем, каждый раз меня направление прохода. Для уникальных и мелкосерийных изделий.
Легко! Если можно управлять каждым атомом.
Без комментариев Владислава не верю!.
Тише вы... вызовете нчаянно демона, потом локти кусать будете
Я ждал подобного камента. :)
И ни слова о подтверждающих испытаниях
Предлагают поверить на слово
Да ну?
Гуглоперевод.
Перевод настолько левый, что подтверждает мою уверенность, что гуглом пользоваться нельзя.
"расплавленно-основанные аддитивные производственные технологии" - нужно перевести как "Технологии аддитивного производства, основанные на плавлении ". Слов "лазер" и "синтез" в оригинале нет. Остальное переводить лень, оригинал вполне понятен.
Последняя фраза тоже неверно переведена. "Фазовое превращение динамически управляется составом сплава" - так и надо перевести, то есть микродобавки вводятся в шихту в зависимости от наблюдения за процессом кристаллизации.
Ленивый.
Честно, последнее утверждение вызывает сильные сомнения! Введение лигирующих микродобавок при печати?! А как обеспечить их равномерное распределение? Вот при получении порошка - можно, но очень дорого.
Ну если это какой-то из LPBF процессов, то как вариант при каждом следующем нанесении слоя порошка, в него можно добавить что-то. Но потом из обратно доставать микродобавки из не сплавленного/спечённого порошка будет накладно.
Если же DED с порошком, то несколько проще. Там же в сопло подаётся порошок, значит требуемые микродобавки можно банально впрыснуть, по мере необходимости. Но вот уже с распределением равномерно будут проблемы.
Очень интересно что у этой детали в плане термички получилось на выходе с печати.
И оптимизировать можно производства, направив высвободившиеся трудовые ресурсы на решение важных народохозяйственных задач.
Погодите ещё, нам до этого прекрасного момента ещё много чего допилить надо.
Ага. На войну отправлять высвободившиеся трудовые ресурсы.
У кого украли? Опять протоукр пролез в русский институт? Или узкоглазые зевнули? Надеюсь что они как всегда врут.
Да китайцы наученные русскими сделали на деньги
американских налогоплательщиковФРС.Ну, у пиндосов уже и термояд давно работает, исключительная нация жеж
2021г
В США запустят первый в мире коммерческий термоядерный реактор
Чё сказать-то хотел?
На основе одной публикации нельзя делать вывод о "Важн
аяой вехе в развитии аддитивных технологий. "Ну вот теперь нормально. Тем не менее они демонстрируют определённые результаты ( в отличие от пустых обещаний по термояду ). Тем более наши тоже занимаются проблемой повторяемости печати ( например в МЭИ, но наша техническое оснащение сильно нее дотягивает до американского. Вместо XRD у нас пирометр. Да и работают с проволочным принтеров. )
Наши тоже на месте не стоят
апрель 2019
Русатом: 3D-печать металлом в России
Про наших я уже неоднократно печатал тут.
На фото - печать пластиком (FDM).
да, там в статье на оверклокере ещё было видео с SLM печатью.
Точно, добавили видео SLM.
Но! Разве этот материал получают нe DMLS?!
В первом же абзаце оригинальной статьи.
Вообще DMSL и SLM схожие технологии и обе они могут быть названы LPBF.
Видимо это я спутал аббревиатуры! На схеме из статьи (надеюсь), вроде бы изображен не DMLS (Direct Metal Laser Sintering), а DMD/DED (Direct Metal Deposition/Direct Energy Deposition): разница в том, что порошок наносится не сразу слоем (DMLS), а напыляется в область с ванной расплава, где и приплавляется.
У нас такие установки тоже выпускают: https://3dtoday.ru/blogs/news3dtoday/zelenogradskaya-kompaniya-lazery-i-apparatura-vypustila-novyi-promyslennyi-3d-printer-dlya-pecati-metallami
Ну вообще на картинке из статьи нечто похожее на DMSL или SLM. Если бы там был DED ( Не важно порошок или проволока ), то показали бы перенос массы.
Ну не вижу я здесь ни сопла, ни подачи проволоки. Тем более.
Раздел 2.7. Materials, в самом конце. Я конечно не специализированный переводчик, но вроде тут именно каким-то из LPBF процессов делают деталь. Не уточняется DMSL или SLM. Так что вы скорее всего изначально были правы.
Да, делают у нас такие. Проще сказать какие аддитивные машины у нас не пробовали производить.
Собсно эту картинку как хочешь можно интерпретировать. Я ж изначально критиковал "левые" картинки с "Оверклокера" - на СД их нет.
Метод печати самый обычный, необычно только супер чистый порошок и использование ускорителя для подбора режима печати. И то и другое дико дорого и решается сильно проще и дешевле другими методами.
РАВНОМЕРНОЕ распределение микропримесей прямо в процессе невозможно, а при неравномерном - бессмысленно. Собственно аналогичный дефект в металлургии называется "ликвация".
Нет, если пофантазировать, то можно при DED-печати "дуть" порошок + пары хим.соединений, которые реагируя с расплавом будут разлагаться и отдавать нужное кол-во легирующих хим.элемементов в расплав. Ну или если мы говорим про такие легирующие элементы как N, O, H и др. газы... Но они, чаще всего образуют именно вредные "примеси". В общем, такого я в этой статье не увидел. Впрочем, признаюсь, проглядел её по диагонали - она вне области моей работы, проще говоря, мне не интересна. 😀
Как технолог/материаловед, работающий по специальности 24 года, хочу заметить - статья "ниАчëм". Таких статей выходят тысячи каждый год. Просто надо знать где они лежат. Ну и владеть техническим английским.
Страницы