L’utilisation de lasers pour chauffer et frapper l’acier imprimé en 3-d peut contribuer à réduire les coûts

Les chercheurs ont développé une nouvelle méthode d’influence 3-d du métal, qui pourrait contribuer à réduire les coûts et à utiliser les ressources plus efficacement.

Los angeles méthode, développée par une équipe de recherche dirigée par l’Université de Cambridge, permet de « programmer » des changes structurelles dans les alliages métalliques pendant l’influence 3-d, affinant ainsi leurs propriétés sans le processus de « chauffage et battage » utilisé depuis des milliers d’années. d’années. Années.

Los angeles nouvelle méthode d’influence 3-d mix les meilleures qualités des deux mondes : les formes complexes permises par l’influence 3-d et los angeles capacité de concevoir los angeles construction et les propriétés des métaux permises par les méthodes traditionnelles. Les résultats sont publiés dans los angeles revue Communications naturelles.

L’influence 3-d présente de nombreux avantages par rapport aux autres méthodes de fabrication. Par exemple, il est beaucoup plus facile de produire des formes complexes à l’aide de l’influence 3-d et utilise beaucoup moins de matériaux que les méthodes traditionnelles de fabrication de métaux, ce qui en fait un processus plus efficace. Cependant, il présente également des inconvénients importants.

“L’influence 3-d est très prometteuse, mais elle n’est pas encore largement utilisée dans l’industrie, principalement en raison des coûts de manufacturing élevés”, a déclaré le Dr Matteo Setta du département d’ingénierie de Cambridge, qui a dirigé los angeles recherche. “L’un des principaux facteurs de ces coûts est los angeles quantité de matériaux de réglage nécessaire après los angeles manufacturing.”

Depuis l’âge du bronze, les pièces métalliques sont fabriquées par chauffage et frappe. Cette approche, où le matériau est durci avec un marteau et ramolli au feu, permet au fabricant de donner au métal los angeles forme souhaitée tout en lui conférant des propriétés physiques telles que los angeles flexibilité ou los angeles résistance.

“Los angeles raison pour laquelle le chauffage et le battage sont si efficaces est qu’ils modifient los angeles construction interne du matériau, permettant ainsi de contrôler ses propriétés”, a déclaré Sita. “C’est pourquoi il est toujours utilisé des milliers d’années plus tard.”

L’un des principaux inconvénients des applied sciences d’influence 3-d actuelles est l’incapacité de contrôler los angeles construction interne de los angeles même manière, ce qui explique pourquoi de nombreux ajustements post-production sont nécessaires.

“Nous essayons de trouver des moyens de restaurer une partie de cette capacité d’ingénierie structurelle sans avoir besoin de chauffage ni de frappe, ce qui contribuera à réduire les coûts”, a déclaré Sita. “Si vous pouvez contrôler les propriétés souhaitées des métaux, vous pouvez profiter des sides plus écologiques de l’influence 3-d.”

En collaboration avec des collègues de Singapour, de Suisse, de Finlande et d’Australie, SITA a développé une nouvelle « recette » pour les métaux imprimés en 3-d qui permet un haut degré de contrôle sur los angeles construction interne du matériau lors de los angeles fusion laser.

En contrôlant los angeles façon dont le matériau durcit après los angeles fusion et los angeles quantité de chaleur générée pendant le processus, les chercheurs peuvent programmer les propriétés du matériau ultimate. En règle générale, les métaux sont conçus pour être solides et rigides, afin de pouvoir être utilisés en toute sécurité dans des packages structurelles. Les métaux imprimés en 3-d sont intrinsèquement solides, mais aussi fragiles.

Los angeles stratégie développée par les chercheurs permet un contrôle general à los angeles fois sur los angeles résistance et los angeles durabilité, en induisant un remodelage contrôlable de los angeles microstructure lorsque los angeles pièce métallique imprimée en 3-d est placée dans un 4 à une température relativement basse. Leur méthode utilise des tactics d’influence 3-d laser traditionnelles, mais avec une légère amendment du processus.

“Nous avons découvert que le laser pouvait être utilisé comme un marteau microscopique pour durcir le métal lors de l’influence 3-d”, a déclaré Sita. “Cependant, faire fondre le métal une seconde fois avec le même laser détend los angeles construction métallique, permettant ainsi un remodelage structurel lorsque los angeles pièce est placée dans le 4.”

L’acier imprimé en 3-d, conçu théoriquement et validé expérimentalement, est constitué d’une alternance de régions de matériaux solides et résistants, ce qui rend ses performances similaires à celles de l’acier fabriqué par chauffage et frappe.

“Nous pensons que cette méthode peut contribuer à réduire les coûts de l’influence 3-d métallique, ce qui peut à son excursion améliorer los angeles durabilité de l’industrie de los angeles fabrication métallique”, a déclaré Sita. « Dans un avenir proche, nous espérons également pouvoir contourner le durcissement à basse température dans le 4, réduisant ainsi encore le nombre d’étapes requises avant que les pièces imprimées en 3-d puissent être utilisées dans des packages d’ingénierie. »

L’équipe comprenait des chercheurs de l’Université methodology de Nanyang, de l’Agence pour los angeles science, los angeles technologie et los angeles recherche (A*STAR), de l’Institut Paul Scherrer, du Centre de recherche methodology VTT en Finlande et de l’Organisation australienne des sciences et applied sciences nucléaires. Matteo Città est membre du St John’s Faculty de Cambridge.