Les neutrons détectent le tension dans les pièces imprimées en 3-D, faisant progresser los angeles fabrication additive

En utilisant des neutrons pour observer le processus de fabrication additive au niveau atomique, les scientifiques ont montré qu’ils pouvaient mesurer los angeles déformation d’un matériau au fur et à mesure de son développement et suivre los angeles manière dont les atomes se déplacent en réponse au tension.

Toute industrie qui a besoin de pièces complexes et hautes performances peut utiliser los angeles fabrication additive, a déclaré Alex Plotkowski, scientifique en matériaux à los angeles department de science et technologie des matériaux de l’ORNL et scientifique essential dans les secteurs de l’car, de l’aérospatiale, des énergies propres, de l’outillage et des matrices. expérience, et Plotkowski et ses collègues ont rapporté leurs découvertes dans Communications naturelles.

Les scientifiques de l’ORNL ont développé OpeN-AM, une plate-forme d’impact 3-D succesful de mesurer les contraintes résiduelles développées lors de los angeles fabrication à l’aide de los angeles ligne de lumière VULCAN de los angeles supply de neutrons de spallation de l’ORNL, ou SNS, une set up utilisateur du DOE Place of job of Science.

Associé à l’imagerie infrarouge et à los angeles modélisation informatique, ce système permet d’obtenir des informations sans précédent sur le comportement des matériaux lors de los angeles fabrication.

Dans ce cas, ils ont utilisé de l’acier de transfert à basse température, ou LTT, pour mesurer los angeles manière dont les atomes se déplacent en réponse à une contrainte, qu’il s’agisse de température ou de rate, à l’aide de los angeles plateforme OpeN-Am.

Les contraintes résiduelles sont des contraintes qui subsistent même après chargement ou suppression de los angeles purpose de los angeles contrainte ; Ils peuvent déformer le matériau, ou pire, provoquer une défaillance prématurée. De telles pressions représentent un défi majeur pour los angeles fabrication de composants de précision dotés de propriétés et de performances souhaitables.

Pendant deux ans, les scientifiques ont conçu et réalisé cette expérience qui permet de mesurer les contraintes d’un matériau au fur et à mesure de son évolution, ce qui détermine los angeles répartition des contraintes.

“Les fabricants pourront intégrer des contraintes résiduelles dans leurs composants, augmentant ainsi leur résistance, les rendant plus légers et présentant des formes plus complexes”, a déclaré Plotkowski. “L. a. technologie peut être appliquée à tout ce que vous voulez fabriquer.”

“Nous avons démontré avec succès qu’il existe un moyen d’y parvenir”, a-t-il déclaré. “Nous montrons que nous comprenons les associations dans une situation pour prédire d’autres prerequisites.”

Les scientifiques ont utilisé une plate-forme de fabrication additive filaire personnalisée pour effectuer los angeles diffraction neutronique dite opérationnelle du métal LTT dans le SNS. À l’aide de los angeles ligne de lumière VULCAN de SNS, ils ont traité l’acier et enregistré les données à différentes étapes de los angeles fabrication et après refroidissement à température ambiante.

Ils ont combiné les données de diffraction avec l’imagerie infrarouge pour confirmer les résultats. Le système a été conçu et construit au Production Demonstration Facility, ou MDF, un consortium d’utilisateurs du Bureau des matériaux avancés et des applied sciences de fabrication du DOE, où une redondance de los angeles plate-forme a également été créée pour planifier et tester les expériences avant de les mettre en œuvre sur los angeles ligne de lumière.

Le SNS exploite un accélérateur de particules linéaire qui produit des faisceaux de neutrons pour étudier et analyser les matériaux au niveau atomique. L’outil de recherche qu’ils ont développé permet aux scientifiques d’observer l’intérieur du matériau au fur et à mesure de sa manufacturing, observant littéralement les mécanismes en motion en temps réel.

L’acier LTT a été fondu et déposé en couches. Lorsque le métal se solidifie et refroidit, sa construction exchange dans ce qu’on appelle une transformation de segment. Lorsque cela se produit, les atomes se réorganisent et occupent un espace différent, et los angeles matière se comporte différemment.

En règle générale, les transformations qui se produisent à des températures élevées sont difficiles à comprendre lorsqu’on read about un matériau uniquement après son traitement. En observant l’acier LTT pendant le traitement, l’expérience des scientifiques montre qu’ils peuvent comprendre et manipuler los angeles transformation de segment.

“Nous voulons comprendre quelles sont ces pressions, expliquer remark elles sont arrivées là et trouver remark les contrôler”, a déclaré Plotkowski.

“Ces résultats offrent une nouvelle voie pour concevoir les états de contraintes résiduelles souhaités et les distributions de propriétés au sein des composants de fabrication additive en utilisant des contrôles de processus pour optimiser les permutations spatiales et temporelles non uniformes des gradients thermiques autour des températures de transformation de segment clés”, ont écrit les auteurs.

Plotkowski espère que des scientifiques du monde entier viendront à l’ORNL pour réaliser des expériences similaires sur les métaux qu’ils souhaitent utiliser dans los angeles fabrication.