FDM 3D打印钛合金!TEES与Virtual Foundry合作研究

2024年1月22日，南极熊获悉，金属丝制造商The Virtual Foundry将与德克萨斯 A&M 大学系统下属机构德克萨斯 A&M 工程实验站(TEES)合作，开展金属 3D 打印领域的研究。

这项研究由 Chukwuzubelu Ufodike 博士领导，旨在研究烧结温度和时间对熔丝制造 (FFF) 3D 打印钛合金零件的影响。Chukwuzubelu Ufodike 博士表示：“此次合作代表着我们在加深对 3D 打印烧结过程的理解方面迈出了重大一步。我们与 Virtual Foundry 和 TEES 合作，旨在突破增材制造材料开发的界限。”

△3D打印金属歧管

采用熔丝制造的钛金属 3D 打印精度

FFF 是一种 3D 打印技术，涉及分层和融合连续丝材料来创建 3D 物体。在3D打印钛零件的背景下，FFF是指使用钛丝逐层制造的具体过程。在此过程中使用钛的优点，例如强度高、重量轻和耐腐蚀，使其适合航空航天、医疗保健和工程等行业的各种应用。

The Virtual Foundry 和 TEES 之间的合作将带来重要的好处，包括深入了解 FFF 打印钛零件中烧结温度和时间之间的复杂关系。通过探索烧结参数的变化，该研究旨在揭示由此产生的微观结构演变和机械行为。

此外，这项研究还旨在加深对烧结参数如何影响尺寸精度和表面质量的了解，这些参数是影响FFF 打印钛部件精度和光洁度的关键因素。The Virtual Foundry 总裁 Tricia Suess 补充道：“我们很高兴能与 Chukwuzubelu Ufodike 博士和 TEES 合作。他们的专业知识将有助于缩小廉价的钛3D打印与当前的烧结工艺之间的差距，而目前的烧结工艺对于普通用户来说是遥不可及的。”

2022 年，The VirtualFoundry 推出了一种用于FFF 3D 打印合金脱脂和烧结的新颖方法。其金属微波烧结技术用微波取代了传统窑炉，提供了一种可能更快、更具成本效益的方法。

△金属微波烧结试样。图片来自Highball

在实验阶段，铝零件后处理的结果是有希望的。微波的使用证明了将加工扩展到钛等具有挑战性的活性合金的潜力，而无需担心氧化问题，这标志着过去金属 3D 打印实际应用的显著进步。

△Ufodike教授研究小组 (PURG) 数字化制造与分销实验室的Ufodike 教授。 照片来自 Virtual Foundry。

金属3D打印研究计划

来自国家标准与技术研究院(NIST) 和KTH 皇家理工学院等机构的研究人员研究了激光粉末床熔融 (LPBF) 3D 打印过程中冷却速率如何影响金属性能。这项研究以题为“Solidification modes during additive manufacturing of steel revealedby high-speed X-ray diffraction”的论文发表在《Acta Materialia》上，深入探讨了晶体结构对打印组件韧性和耐腐蚀性的影响。

论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359645423000459?via%3Dihub

这项研究验证了 Kurz-Giovanola-Trivedi (KGT) 模型，表明在 3D 打印初始阶段控制微观结构可以实现所需的晶体结构。通过同步加速器实验证实，这一发现为增材制造专业人员提供了预测和控制 3D 打印金属零件特性的潜力，从而提高了大规模生产的一致性。

开展这项研究的人员来自清华大学和新加坡国立大学，他们重点研究了流体流动对金属 3D 打印部件机械性能的影响，重点关注枝晶生长，即熔融金属凝固过程中形成的树状晶体结构。

通过研究枝晶在不同流动条件下如何演化，研究小组发现流体流动和凝固速度在金属 3D 打印过程中枝晶的形成中起着至关重要的作用。研究结果强调了了解这些因素对于增强 3D 打印金属部件的机械特性的重要性。