Разработка термической основы для стабильной экструзии алюминиевого металла в Университете Джонса Хопкинса

Репортаж от Wedoany，Исследователи Университета Джонса Хопкинса (США) создали технологическую основу, основанную на термической информации и симуляционном управлении, для стабильного аддитивного производства тонкостенных алюминиевых сплавов методом экструзии металла. Эта основа решает два типа термических отказов, которые ранее ограничивали надежность данной технологии при работе с тугоплавкими металлами.

В исследовании отмечается, что установка рабочей температуры вблизи точки плавления исходного материала имеет преимущества в эффективности и стоимости по сравнению с процессами селективного лазерного плавления и направленного осаждения энергии. Однако из-за низкой вязкости, высокой теплопроводности и высокого поверхностного натяжения активных и тугоплавких сплавов, таких как алюминий, в процессе аддитивного производства методом экструзии металла (MEAM), технологическое окно становится узким.

Доцент Университета Джонса Хопкинса Йохен Мюллер (Jochen Mueller) заявил, что исследовательская группа внедрила эту основу для аддитивного производства методом экструзии металла, которая позволяет устранить проблемы засорения сопла и обрушения деталей за счет точного контроля множества технологических параметров, обеспечивая стабильную и высокоточную печать тонкостенного алюминия.

Исследователи определили недогрев и перегрев как два основных типа термических отказов тугоплавких металлов в MEAM. Недогрев возникает из-за того, что с увеличением высоты построения тепло рассеивается через уже нанесенные слои, что приводит к преждевременному затвердеванию и засорению кончика сопла. Перегрев происходит, когда скорость экструзии превышает способность нанесенного слоя к охлаждению, вызывая переплавление и обрушение структуры.

Для борьбы с двумя типами отказов команда регулировала температуру платформы построения послойно, сохраняя неизменными температуру сопла и скорость печати, и использовала временные критерии для определения минимального времени охлаждения каждого слоя до достижения солидуса перед продолжением нанесения. Используя проволочный материал из алюминиевого сплава ER4043 (содержащего примерно 5% кремния и 95% алюминия по весу), эта основа позволила получить тонкостенные структуры с однородной шероховатостью поверхности и воспроизводимой геометрией по всей высоте построения. Исследователи оценили полученные детали с помощью микроструктурного анализа и механических испытаний, а также продемонстрировали этот метод на структурах различных масштабов и сложных геометрических форм.