Onderzoekers hebben geluidstrillingen gebruikt om korrels van metaallegeringen in een strakkere formatie te schudden tijdens 3D-printen.

Een studie die zojuist is gepubliceerd in Natuurcommunicatie laat zien dat hoogfrequente geluidsgolven een aanzienlijke impact kunnen hebben op de binnenste microstructuur van 3D-geprinte legeringen, waardoor ze consistenter en sterker zijn dan conventioneel gedrukt.

Hoofdauteur en Ph.D. kandidaat van de RMIT University's School of Engineering, Carmelo Todaro, zei dat de veelbelovende resultaten nieuwe vormen van additive manufacturing zouden kunnen inspireren.

"Als je kijkt naar de microscopische structuur van 3D-geprinte legeringen, ze bestaan ​​vaak uit grote en langwerpige kristallen, ' legde Todaro uit.

"Dit kan ze minder acceptabel maken voor technische toepassingen vanwege hun lagere mechanische prestaties en verhoogde neiging tot barsten tijdens het printen."

"Maar de microscopische structuur van de legeringen waarop we ultrageluid aanbrachten tijdens het printen, zag er duidelijk anders uit:de legeringskristallen waren erg fijn en volledig gelijkassig, wat betekent dat ze in alle richtingen gelijk waren gevormd door het hele bedrukte metalen deel."

Testen toonden aan dat deze onderdelen een verbetering van 12% hadden in treksterkte en vloeispanning in vergelijking met die gemaakt via conventionele additieve fabricage.

Het team demonstreerde hun ultrasone benadering met behulp van twee belangrijke legeringen van commerciële kwaliteit:een titaniumlegering die gewoonlijk wordt gebruikt voor vliegtuigonderdelen en biomechanische implantaten, bekend als Ti-6Al-4V, en een op nikkel gebaseerde superlegering die vaak wordt gebruikt in de zee- en aardolie-industrie, genaamd Inconel 625.

Door simpelweg de ultrasone generator aan en uit te zetten tijdens het printen, het team liet ook zien hoe specifieke delen van een 3D-geprint object kunnen worden gemaakt met verschillende microscopische structuren en composities, nuttig voor wat bekend staat als functionele beoordeling.

Studie co-auteur en projectbegeleider, RMIT's vooraanstaande professor Ma Qian, zei dat hij hoopte dat hun veelbelovende resultaten interesse zouden wekken in speciaal ontworpen ultrasone apparaten voor 3D-metaalprinten.

"Hoewel we een titaniumlegering en een op nikkel gebaseerde superlegering hebben gebruikt, we verwachten dat de methode toepasbaar kan zijn op andere commerciële metalen, zoals roestvrij staal, aluminiumlegeringen en kobaltlegeringen, ' zei Qian.

"We verwachten dat deze techniek kan worden opgeschaald om 3D-printen van de meeste industrieel relevante metaallegeringen mogelijk te maken voor structurele onderdelen met hogere prestaties of legeringen met een structurele kwaliteit."

Het artikel 'Grain structure control during metal 3D printing by high intensity ultrasound' is gepubliceerd in Natuurcommunicatie .