کاهش نقص قطعات فلزی به طور همزمان با پیشرفت چاپ سه بعدی

به گزارش خبرنگار دانشگاه خبرگزاری دانشجو؛ این تیم به رهبری لیانی چن، دانشیار مهندسی مکانیک در UW-Madison، مکانیسم‌ها را کشف کردند و شرایط پردازشی را شناسایی کردند که می‌تواند منجر به کاهش قابل توجه نقص شود. محققان یافته‌های خود را در مقاله‌ای که در ۱۶ نوامبر ۲۰۲۴ در مجله بین‌المللی ماشین‌آلات و ساخت منتشر شد، به تفصیل شرح دادند.

چن گفت: تحقیقات قبلی معمولاً بر کاهش یک نوع نقص متمرکز شده‌اند، اما این امر مستلزم استفاده از تکنیک‌های دیگر برای کاهش انواع باقی‌مانده نقص است. بر اساس مکانیسم‌هایی که کشف کردیم، رویکردی را توسعه دادیم که می‌تواند تمام عیوب - منافذ، سطوح ناهموار و پاشش‌های بزرگ - را به یکباره کاهش دهد. بعلاوه، رویکرد ما به ما اجازه می‌دهد تا یک قطعه را با سرعت بیشتری بدون هیچ گونه کاهش کیفیت تولید کنیم.

صنایع متعدد از جمله هوافضا، پزشکی و انرژی به طور فزاینده‌ای علاقه‌مند به استفاده از تولید افزودنی، همچنین به عنوان چاپ سه بعدی، برای تولید قطعات فلزی با اشکال پیچیده هستند که ایجاد آنها با استفاده از روش‌های مرسوم دشوار یا غیرممکن است.
اما چالش بزرگ این است که قطعات فلزی ایجاد شده با ساخت افزودنی دارای عیوب هستند - مانند منافذ، یا "حفره ها"، سطوح ناهموار و پاشش‌های بزرگ که به طور قابل توجهی قابلیت اطمینان و دوام قطعه تمام شده را به خطر می‌اندازد. این مشکلات کیفی از استفاده از قطعات پرینت سه بعدی برای کاربرد‌های حیاتی که در آن خرابی یک گزینه نیست، جلوگیری می‌کند.

با ارائه مسیری برای افزایش همزمان کیفیت قطعه و بهره وری تولید، پیشرفت تیم UW-Madison می‌تواند منجر به پذیرش گسترده صنعت همجوشی بستر پودری لیزر شود.
همجوشی بستر پودر لیزری از یک پرتو لیزر پرانرژی برای ذوب و ذوب لایه‌های نازک پودر فلز استفاده می‌کند و لایه به لایه از پایین به بالا می‌سازد. در این تحقیق، تیم UW-Madison از یک پرتو لیزر ابتکاری حلقه‌ای شکل که توسط یک شرکت لیزری به نام nLight ارائه شده است، به جای پرتو معمولی گاوسی شکل استفاده کردند.

جیاندونگ یوان، دانشجوی گروه چن نویسنده اصلی مقاله و دکترا، گفت: پرتو لیزر حلقه‌ای شکل نقش کلیدی در این پیشرفت ایفا کرد - همانطور که آزمایش‌های مهم «درجا» نیز انجام داد.

برای اینکه ببینند این ماده در حین چاپ چگونه در قطعه عمل می‌کند، به فوتون پیشرفته، یک مرکز استفاده کننده پرتو ایکس سنکروترون با انرژی بالا و فوق روشن در آزمایشگاه ملی آرگون رفتند. محققان با ترکیب تصویربرداری پرتو ایکس سنکروترون با سرعت بالا، تجزیه و تحلیل نظری و شبیه‌سازی عددی، مکانیسم‌های کاهش نقص را نشان دادند که شامل پدیده‌هایی است که باعث کاهش ناپایداری در فرآیند همجوشی بستر پودر لیزر می‌شود.

محققان همچنین نشان دادند که می‌توانند از پرتو حلقه‌ای شکل برای سوراخ کردن عمیق‌تر مواد بدون ایجاد بی‌ثباتی در فرآیند استفاده کنند. این امر آنها را قادر می‌سازد تا لایه‌های ضخیم تری را چاپ کنند و بهره وری تولید را افزایش دهند.

چن در پایان تصریح کرد: از آنجایی که مکانیسم‌های اساسی را درک می‌کردیم، می‌توانستیم سریع‌تر شرایط پردازش مناسب برای تولید قطعات با کیفیت بالا را با استفاده از پرتو حلقه‌ای شکل شناسایی کنیم.