China Powder Network News Gradient funkcionalni materijal je nova vrsta kompozitnog materijala koji se sastoji od dva ili više materijala i njegov sastav je kontinuirano gradijentan. Dobio je veliku pažnju u današnjem brzom razvoju inženjeringa. Međutim, tradicionalna gradijentna funkcionalna tehnologija pripreme materijala ne može zadovoljiti potrebe zrakoplovstva, medicine, vojske i drugih industrijskih područja. Kao tehnologija u nastajanju, aditivna proizvodnja daje novu ideju za rješavanje problema pripreme gradijentnih funkcionalnih materijala.
1 Funkcionalno ocijenjeni materijali
Funkcionalno gradirani materijal (FGM) je napredni inženjerski materijal sa prostorno raspoređenim sastavom, poroznošću ili mikrostrukturom koji održava svojstva materijala i izbjegava kvar dijelova u teškim radnim okruženjima.
Koncept funkcionalno gradiranih materijala prvi su 1984. predložili japanski naučnici Masako Niano i Toshio Hirai. Ideja dizajna je korištenje keramičkih/metalnih funkcionalno gradiranih materijala sa komponentama koje se kontinuirano mijenjaju duž smjera debljine kako bi se riješio problem termičkog naprezanja na međuprostoru unutar materijala. U usporedbi s konvencionalnim kompozitnim materijalima, funkcionalno gradirani materijali ostvaruju kontinuiranu promjenu komponenti u gradijentnom sloju, smanjuju razliku u svojstvima materijala kao što su koeficijent toplinske ekspanzije i modul elastičnosti između slojeva i smanjuju naprezanje međusloja, što ne samo da poboljšava performanse materijala. i pouzdanost, ali i poboljšava pouzdanost materijala. Zagarantovana su kompozitna svojstva materijala.
Danas su funkcionalno ocjenjeni materijali prošireni od originalnih visokotemperaturnih termoizolacijskih materijala do biomedicinskog inženjeringa, nuklearne industrije, zrakoplovstva, poluvodičke optoelektronike, odbrambene i vojne industrije itd., a sve više ih cijene stručnjaci i naučnici iz cijelog svijeta. .
Uz široku primjenu funkcionalno klasificiranih materijala, tradicionalne proizvodne tehnike s dugim ciklusima pripreme i složenim postupcima sve je teže ispuniti brzu pripremu prilagodljivih i funkcionalno gradiranih materijala složenog oblika. Potrebna je fleksibilnija i efikasnija proizvodna tehnologija kako bi se promovirali materijali s funkcionalnim stupnjem. razvoj. Tehnologija laserske aditivne proizvodnje (LAM) je nova napredna proizvodna tehnologija razvijena 1990-ih koja integriše računare, numeričku kontrolu, materijale i lasere.
2 Princip proizvodnje laserskih aditiva
Tehnologija laserske aditivne proizvodnje zasnovana je na ideji kalkulacije, koristeći laser kao izvor energije za izvođenje laserskog oblaganja sloj po sloj na prethodno postavljenom ili sinhrono dovedenom metalnom prahu, i pripremu čvrstog sloja po sloj dodavanjem materijala. Komponente.
Šema proizvodnje laserskih aditiva
Gornja slika prikazuje šematski dijagram proizvodnje laserskih aditiva. Prvo, izvršite trodimenzionalno CAD modeliranje dijelova koje treba pripremiti kompjuterski, i iseći CAD model na tanke kriške prema određenoj debljini, tako da se dijelovi diskretiziraju u niz dvodimenzionalnih ravnih struktura iz kompleksa tri -dimenzionalne trodimenzionalne strukture, a zatim skenirati putanju svake dvodimenzionalne konture. Dizajnirati i prenijeti obrađene podatke u sistem numeričke kontrole kako bi se formirao numerički kontrolni kod. Konačno, pod kontrolom kompjuterskog programa, praškasti materijal se nagomilava red po red i sloj po sloj prema zadatoj ruti metodom laserskog oblaganja i na kraju se formira trodimenzionalni entitet. Dijelovi ili prazni dijelovi koji zahtijevaju samo malu količinu strojne obrade.
3 Klasifikacija proizvodnje laserskih aditiva
Budući da je razvijena relativno nezavisno u različitim istraživačkim institucijama širom svijeta, tehnologija proizvodnje laserskih aditiva ima mnogo imena, ali principi su u osnovi slični. Najreprezentativnije tehnologije proizvodnje laserskih aditiva su Laser Melting Deposition (LMD) sa sinhronim punjenjem praha i Selektivno lasersko topljenje (SLM) sa slojem praha.
Tehnologija taloženja laserskog topljenja koristi laserski snop visoke energije za ozračivanje površine podloge kako bi se formirao rastopljeni bazen, a dovod praha šalje metalni prah u rastopljeni bazen da se brzo topi, formirajući tako metalurški vezni sloj s metalom. podlogu i pokrivanje površine supstrata kako bi se formirao novi metalni prah. metalni sloj.
Razlika između tehnologije laserskog selektivnog topljenja i tehnologije taloženja laserskog topljenja je razlika u obliku dodavanja praha. Prije skeniranja laserskog snopa, tehnologija laserskog selektivnog topljenja prvo koristi valjak za raspršivanje praha za prethodno nanošenje sloja metalnog praha na podlogu, a zatim koristi laserski snop za prethodno punjenje. Postavljena putanja skeniranja se koristi za selektivno topljenje prah. Nakon što je svaki sloj topljenja završen, cilindar za formiranje se spušta na zadatu visinu, dok se cilindar za posipanje praha podiže na zadatu visinu, a valjak za posipanje praha ravnomjerno raznosi sloj praha. Završni potrebni dijelovi.
4 Napredak istraživanja u laserskoj aditivnoj proizvodnji gradijentnih funkcionalnih materijala
Važan pravac razvoja tehnologije laserske aditivne proizvodnje je priprema gradijentnih funkcionalnih materijala visokih performansi, što je privuklo veliku pažnju naučnika u zemlji i inostranstvu. Istraživanje kombinacije metalnih materijala/keramičkih materijala.
4.1 Laserska aditivna proizvodnja funkcionalnih materijala metal/metal gradijent
Metalni materijali imaju izvrsna sveobuhvatna fizička, hemijska i mehanička svojstva bez premca s drugim inženjerskim materijalima. Dalje poboljšanje svojstava metalnih materijala prilagođavanjem mikrostrukture postalo je glavni pravac istraživanja materijala posljednjih godina. Uvođenje gradijentnih struktura u metalnim materijalima razbija izvorno spregnuta svojstva materijala, omogućavajući da se jedno ili više svojstava poboljšaju pojedinačno. Ukupne performanse i performanse usluge materijala mogu se znatno optimizirati i poboljšati. Istraživači u zemlji i inostranstvu koristili su naprednu tehnologiju laserske aditivne proizvodnje za pripremu različitih vrsta funkcionalnih materijala metala/metalnog gradijenta i napravili su detaljne studije o njihovoj mikrostrukturi i svojstvima.
4.2 Laserska aditivna proizvodnja funkcionalnih materijala sa gradijentom metala/keramike
Od 1970-ih ljudi se bave pripremom keramičkih premaza na metalima. Sve do kraja 1980-ih postupno se razvijala upotreba tehnologije proizvodnje laserskih aditiva za postizanje modifikacije metalne površine. Trenutno je ova metoda postala jedna od najvrednijih i najperspektivnijih tehnologija u modifikaciji metalnih površina, te se široko koristi u mnogim područjima.
Zbog različitih tačaka topljenja metalnih materijala i keramičkih materijala, u bazenu rastaljenog metala će se stvoriti jaka konvekcija, koja će lako uništiti vezu između metala i keramike. Faza ojačanja nastala reakcijom na licu mjesta ima dobru kvašenje s matriksom, a toplina oslobođena reakcijom pomaže da se poveća kvašenje keramike i metala, tako da je in situ samogenerirana faza keramičke armature čvršće spojena sa matricom, što je rješenje problema. Efikasan pristup problemima povezivanja interfejsa. Stoga su in-situ samogenerirani keramički kompoziti s metalnom matricom privukli široku pažnju istraživača u zemlji i inozemstvu, te su postignuti početni rezultati.
Izvor reference:
[1] Cui Xue, et al. Istraživački status i perspektiva laserske aditivne proizvodnje funkcionalnih materijala visokih performansi. Materials Engineering. 2020.
[2] Xia Xiaoguang, et al. Napredak istraživanja i perspektive tehnologije aditivne proizvodnje funkcionalno klasiranih materijala. Pregled materijala. 2021.
[3] Li Qiqi, et al. Napredak u istraživanju tehnologije aditivne proizvodnje gradijentnih funkcionalnih legura. Kineski časopis za mašinstvo. 2021.
(Uredio China Powder Network/Xingyao)
Napomena: Slike nisu za komercijalnu upotrebu, molimo vas da obavijestite i obrišite ako postoji bilo kakvo kršenje!