Vergeleken met algemene additieve fabricagemethoden (AM) maakt additieve fabricage met meerdere materialen (MMAM) een hoger niveau van ontwerpvrijheid mogelijk, zoals het integreren van materialen, structuur en functie om op maat gemaakte functionaliteiten te bereiken (bijv. lokale slijtvastheid, hoge thermische geleidbaarheid, thermische isolatie en weerstand tegen chemische corrosie, enz.). MMAM van metallische materialen is echter een recente onderzoeksactiviteit die zich nog in de embryonale fase bevindt. Met name is er tot nu toe geen uitgebreide beoordeling geweest over metalen MMAM die zowel fabricage op macroschaal als fabricage op microschaal omvat.

Een studie in het International Journal of Extreme Manufacturing vatte de recente vooruitgang samen op het gebied van lasergebaseerde multi-material additive manufacturing (MMAM)-technologieën, waaronder laserpoederbedfusie (LPBF), lasergebaseerde gerichte energiedepositie (L-DED) en laser-geïnduceerde voorwaartse overdracht (LIFT), voor macro -en fabricage op microschaal van meerdere metalen materialen.

Het gebruik van de LPBF-methode en de L-DED-methode om grote onderdelen van meerdere materialen te produceren, is een realiteit geworden vanwege verschillende nieuwe uitvindingen van de verschillende depositiemechanismen van poedermaterialen. De mogelijke toepassingen van deze technologieën zijn de fabricage van functioneel geïntegreerde componenten die veel worden gebruikt in de lucht- en ruimtevaart, de scheepvaart, de kernenergie en de medische industrie.

Wat micro-AM van meerdere metalen objecten betreft, zijn solid LIFT en fluid LIFT de technologieën die momenteel het meest worden gebruikt, omdat hun materiaaloverdrachtsmechanisme, het spuiten van metalen druppels van de ene donorplaat op het bouwsubstraat, zeer geschikt is om ongelijke materialen samen te printen. Er is geen contact tussen de donor en het bedrukte object tijdens het afzetten van het materiaal, waardoor het ongelijke probleem van kruisbesmetting van grondstoffen wordt vermeden. De mogelijke toepassingen van metallische AM-technologieën op microschaal omvatten:3D-metalen structuren op microschaal, componenten voor energieopslag, elektronische componenten, biomoleculen, biochemische sensoren en cellen, en zelfs het rechtstreeks overbrengen van functionele apparaten naar het oppervlak van andere onderdelen.

Op laser gebaseerde MMAM-technologieën staan ​​nog in de kinderschoenen en daarom wachten veel wetenschappelijke en technische uitdagingen op oplossingen. Het onderzoeksteam onder leiding van Prof Lin LI, van de Universiteit van Manchester, rapporteerde de stand van zaken op dit gebied en wees op zowel de urgente uitdagingen als relevante hoogwaardige toekomstige onderzoeksonderwerpen.

De uitrusting van MMAM-technologieën kan aanzienlijk verschillen van de standaard AM-processen met één materiaal vanwege de ongelijke materiaalafgifte-uitdaging (d.w.z. hoe het juiste materiaal op het gewenste gebied in de ruimtelijke ruimte te deponeren). Dit werk vat de materiaalleveringsmethode, het samenvoegen van ongelijksoortige materialen, de verwerkingsparameters en de prestaties van geprinte MMAM-componenten samen. De materiaalleveringsmethoden voor elke MMAM-methode worden geïntroduceerd en hun verdiensten worden vergeleken. Drie typische ongelijksoortige materiaalverbindingsmethoden worden gepresenteerd. De materiaalsamenstelling van MMAM-gedrukte functionele gradiëntmaterialen (FGM's) verandert voortdurend. Daarom zijn de geoptimaliseerde laserparameters voor elke materiaalsamenstelling essentieel voor het bereiken van een goede afdrukkwaliteit.

De door laserparameters geïnduceerde invloed op de MMAM-geprinte microstructuur kan ook significant verschillen van de conventionele AM-technologie, zoals voor de faseovergang, de vorming van intermetallische verbindingen en de uiteindelijke mechanische eigenschappen. De huidige commerciële 3D-ontwerpsoftware, faseovergangsvoorspellingssoftware en simulatie- en modelleringssoftware zijn meestal ontworpen voor verwerking van één materiaal en missen de thermodynamische databases die nodig zijn voor verwerking van meerdere materialen.

Alle bovenstaande problemen zijn de kennislacunes die moeten worden opgevuld om de MMAM-technologieën van het laboratoriumonderzoek naar de daadwerkelijke industriële toepassing te duwen. Professor Chao Wei legde uit dat "we de juiste technologie moeten kiezen op basis van de vereisten van het laatste onderdeel. Daarvoor is het erg belangrijk voor de gebruiker om de bestaande methoden te begrijpen om de productiemethode te kiezen."

Als een opkomend veld heeft MMAM aanzienlijke voordelen bij het verlenen van verschillende eigenschappen binnen één component door verschillende materialen te combineren, wat een nieuwe mate van vrijheid is voor de AM-componenten. Onder de potentiële velden zei professor Wei dat "op laser gebaseerde MMAM een groot potentieel heeft in de metalen functionele 3D-structuren, energieopslagcomponenten en printweefsels en organen in de biomedische velden."

Een van de hoofdonderzoekers, professor Lin Li, merkte op dat "op laser gebaseerde MMAM-technologieën duidelijke voordelen hebben bij het vereenvoudigen van het productieproces, het vergroten van de ontwerpvrijheid en het verminderen van de tijd en kosten van het vervaardigen van prototypen, vergeleken met conventionele productiemethoden. Ons werk begint pas de deur naar dit nieuwe onderzoeksparadijs. We hopen dat meer onderzoekers dit veld kunnen betreden en gezamenlijk de ontwikkeling van MMAM-technologieën kunnen bevorderen."

Het toekomstige MMAM-onderzoek is uiteraard multidisciplinair en omvat werktuigbouwkunde, fabricagetechniek, materiaalkunde, elektronica, fotonica, biologie en andere disciplines. Het integreren van complexe hybride productiesystemen, het vaststellen van nieuwe wetten voor het ontwerpen en vervaardigen van MMAM, het doorgedreven optimaliseren van verwerkingsparameters, op kunstmatige intelligentie gebaseerde kwaliteitsbewaking en -controle en het beoordelen van de betrouwbaarheid op lange termijn van geprinte onderdelen moeten verder worden bestudeerd. We zijn echter van mening dat deze problemen uiteindelijk zullen worden opgelost onder begeleiding van de werkelijke vraag naar industriële toepassingen en door gezamenlijk onderzoek van de academische gemeenschap. + Verder verkennen

Materialen op recept:Poederkit voor meer flexibiliteit en materiaaldiversiteit bij 3D-printen