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美国学者博客:你不了解的增材制造

来源:激光制造网

  发布:Nick

关键词:激光;增材制造;激光3D打印;

2017-09-21

HRL_3d-printing-aluminum 
金属配件的增材制造(又称3D打印),通常是使用激光将要加工的金属配件通过熔化前驱体金属粉末逐层加工,当然也可以用电子束或者别的定向能源来加工。总之,根据规格参数打印一个零件所必要的东西除了3D打印设备之外,就只需要根据你的需要选择的金属粉末,是吧?

当然不是!

作为一个对激光技术颇有了解但对增材制造不太了解的人来说,我原本是这样想的一一3D打印可以用任何金属的粉末来制造高品质金属配件。然而,后来事实证明我错了,我从HRL Laboratories和加州大学圣芭芭拉分校的研究员发表的论文上得知只有一小部分经过筛选的金属粉末能够可靠地打印出高强度的零件,可用的金属粉末包括铸造级的铝(AlSi10Mg)、钛合金(TiA16V4)、钴铬(CoCr)、和镍铬铁合金718.1

特定的纳米颗粒起到关键作用

假如HRL的研究人员没有任何解决方案的话,他们也不会在技术论文中论述下面这些东西了,他们也确实有方案。事实上他们的方案使极其重要的两个系列的铝合金7075和6061的激光(或者其他能源)增材制造方案变得可行,这两种铝合金各自多少具有不同的理想物性,两者都在航天航空、汽车工业、已经其他工业领域里广泛使用。HRL的方法同样可以适用于大范围的有用的金属合金。

典型的金属的增材制造的第一步是材料——合金粉末,合金粉末在薄层上添加并用激光(或者其他热源)加热使其熔化,然后固化该层。通常,如果使用不可焊接的高强度铝合金,例如7075和6061系列,加工出来的部件将遭受严重的热裂纹,使其像薄饼一样容易断裂。

而HRL通过在不可焊接的高强度合金粉末里添加经过特别挑选的纳米颗粒,从而解决了上述问题。添加了功能性纳米颗粒的粉末注入3D打印机,把粉末分层然后激光熔化每一层来建立3D物体。在熔化和固化的过程中,纳米粒子作为合金微观结构的成核点,防止热裂纹的产生并使在制造的部件保持完整的合金强度。

人工智能帮了大忙

为找到正确的纳米粒子,HRL的研究员招募了加州的Citrine Informatics的团队来用其人工智能算法帮助他们在无数的粒子中搜索哪一颗具有他们需要的物性的粒子。

针对7075和6061系列铝所需的纳米粒子的搜索得出的结果是锆纳米颗粒,对于其他合金,可能对应的是其他不同组合的粒子。

虽然冶金再也不像过去那么简单,但是没有什么是人工智能搞不定的。

参考文献:

1. John H. Martin et al.Nature (2017); doi:10.1038/nature23894


翻译/Nick