סין אבקת רשת חדשות חדשות חומר פונקציונלי הדרגתי הוא סוג חדש של חומר מרוכבים אשר מורכב משני חומרים או יותר ואת הרכבו הוא הדרגתי ברציפות. היא זכתה לתשומת לב רבה בתחום ההנדסה המתפתח במהירות של ימינו. עם זאת, טכנולוגיית הכנת החומרים הפונקציונליים ההדרגתית המסורתית אינה יכולה לענות על הצרכים של תחומי תעופה, רפואה, צבא ותעשייה אחרים. כטכנולוגיה מתפתחת, ייצור תוספים מספק רעיון חדש כדי לפתור את בעיית ההכנה של חומרים פונקציונליים הדרגתיים.
1 חומרים בעלי דירוג פונקציונלי
חומר בעל דירוג פונקציונלי (FGM) הוא חומר הנדסי מתקדם עם קומפוזיציה, נקבוביות או מיקרו-מבנה מדורגים באופן מרחבי השומר על תכונות חומריות ומונע כשל חלק בסביבות הפעלה קשות.
הרעיון של חומרים בעלי דירוג פונקציונלי הוצע לראשונה בשנת 1984 על ידי החוקרים היפנים מסאקו ניאנו וטושיו היראי. הרעיון העיצובי הוא להשתמש בחומרים קרמיקה / מתכת מדורגים פונקציונלית עם רכיבים המשתנים ללא הרף לאורך כיוון העובי כדי לפתור את בעיית הלחץ התרמי על הממשק בתוך החומר. בהשוואה לחומרים מרוכבים קונבנציונליים, חומרים בעלי דירוג פונקציונלי מבינים את השינוי המתמשך של הרכיבים בשכבה ההדרגתית, מפחיתים את ההבדל במאפייני החומר כגון מקדם התפשטות תרמית ומודולוס אלסטי בין שכבות, ומפחיתים את לחץ הממשק, אשר לא רק משפר את הביצועים והאמינות של החומר, אלא גם משפר את אמינות החומר. המאפיינים המורכבים של החומר מובטחים.
כיום, חומרים בעלי דירוג פונקציונלי הורחבו מחומרי הבידוד התרמי המקוריים בטמפרטורה גבוהה להנדסה ביו-רפואית, תעשייה גרעינית, תעופה וחלל, אופטואלקטרוניקה מוליכים למחצה, תעשיות ביטחוניות וצבאיות וכו ', והם מוערכים יותר ויותר על ידי מומחים וחוקרים מכל רחבי העולם.
עם היישום הרחב של חומרים מדורגים פונקציונלית, טכניקות ייצור מסורתיות עם מחזורי הכנה ארוכים ונהלים מורכבים קשה יותר ויותר לפגוש את ההכנה המהירה של חומרים הניתנים להתאמה אישית בצורה מורכבת מבחינה פונקציונלית. דרושה טכנולוגיית ייצור גמישה ויעילה יותר כדי לקדם חומרים בעלי דירוג פונקציונלי. פיתוח של. טכנולוגיית ייצור תוספים בלייזר (LAM) היא טכנולוגיית ייצור מתקדמת חדשה שפותחה בשנות ה-90 המשלבת מחשבים, בקרה מספרית, חומרים ולייזרים.
2 העיקרון של ייצור תוספי לייזר
טכנולוגיית ייצור תוספי הלייזר מבוססת על הרעיון של חשבון דיפרנציאלי, תוך שימוש בלייזר כמקור אנרגיה לביצוע חיפוי לייזר שכבה אחר שכבה על אבקת מתכת מוגדרת מראש או מוזן באופן סינכרוני, ולהכין שכבה מוצקה אחר שכבה על ידי הוספת חומרים. רכיבים.
סכמטי ייצור תוספי לייזר
התמונה לעיל מציגה את הדיאגרמה השרטוטית של ייצור תוספי לייזר. ראשית, בצע מודל CAD תלת מימדי של החלקים כדי להיות מוכן על ידי המחשב, ולחתוך את מודל CAD לפרוסות דקות על פי עובי מסוים, כך החלקים הם נפרדים לתוך סדרה של מבני מישור דו מימדיים דו ממדיים ממבנים תלת ממדיים תלת ממדיים מורכבים, ולאחר מכן לסרוק את המסלול של כל מתאר דו מימדי. עצב והעבר את הנתונים המעובדים למערכת הבקרה המספרית כדי ליצור את קוד הבקרה המספרי. לבסוף, תחת שליטתה של תוכנת המחשב, חומר האבקה נערם שורה אחר שורה ושכבה אחר שכבה בהתאם לתוואי שנקבע בשיטת חיפוי הלייזר, ולבסוף נוצרת ישות תלת ממדית. חלקים או ריקים הדורשים רק כמות קטנה של עיבוד שבבי.
3 סיווג של ייצור תוספי לייזר
מכיוון שהוא מפותח באופן עצמאי יחסית במוסדות מחקר שונים ברחבי העולם, לטכנולוגיית ייצור תוספי לייזר יש שמות רבים, אך העקרונות דומים במהותם. טכנולוגיות ייצור תוספי הלייזר הייצוגיות ביותר הן תצהיר המסת לייזר (LMD) הכולל הזנת אבקה סינכרונית והמסת לייזר סלקטיבית (SLM) הכוללת מצעים אבקה.
טכנולוגיית התצהיר להמסת הלייזר משתמשת בקרן לייזר בעלת אנרגיה גבוהה כדי להקרין את פני השטח של המצע כדי ליצור בריכה מותכת, ומזין האבקה שולח את אבקת המתכת לבריכה המותכת כדי להינמס במהירות, ובכך יוצר שכבת מליטה מתכות עם מצע המתכת ומכסה את פני השטח של המצע כדי ליצור אבקת מתכת חדשה. שכבת מתכת.
ההבדל בין טכנולוגיית ההיתוך הסלקטיבית בלייזר לבין טכנולוגיית התצהיר הנמס בלייזר הוא ההבדל בצורה של תוספת אבקה. לפני סריקות קרן הלייזר, טכנולוגיית ההיתוך הסלקטיבית בלייזר משתמשת תחילה ברולר להפצת אבקה כדי להפיץ מראש שכבה של אבקת מתכת על המצע, ולאחר מכן משתמשת בקרן הלייזר כדי לכסח מראש את מסלול הסריקה של הסט משמש להמסה סלקטיבית של האבקה. לאחר השלמת כל שכבה של התכה, הגליל היוצר יורד לגובה קבוע מראש, בעוד גליל פיזור האבקה עולה לגובה מוגדר מראש, והרולר המפזר אבקה פורש באופן שווה שכבת אבקה. החלקים הנדרשים הסופיים.
4 התקדמות מחקר בייצור תוספי לייזר של חומרים פונקציונליים הדרגתיים
כיוון פיתוח חשוב של טכנולוגיית ייצור תוספים בלייזר הוא הכנת חומרים פונקציונליים הדרגתיים בעלי ביצועים גבוהים, שמשכו תשומת לב רבה מצד חוקרים בבית ומחוצה לו. מחקר על שילוב של חומרי מתכת / חומרים קרמיים.
4.1 ייצור תוסף לייזר של חומרים פונקציונליים מתכת / מתכת שיפוע
לחומרי מתכת יש תכונות פיזיות, כימיות ומכאניות מקיפות מצוינות שאין דומה להן מחומרים הנדסיים אחרים. כדי לשפר עוד יותר את המאפיינים של חומרי מתכת על ידי התאמת המיקרו-מבנה הפך לכיוון העיקרי של מחקר חומרים בשנים האחרונות. המבוא של מבנים הדרגתיים בחומרי מתכת שובר את המאפיינים החומריים המשולבים המקוריים, ומאפשר מאפיין אחד או יותר להיות משופר בנפרד. הביצועים הכוללים וביצועי השירות של החומר יכולים להיות ממוטבים ומשופרים מאוד. חוקרים בבית ובחו"ל השתמשו בטכנולוגיית ייצור תוספי לייזר מתקדמת כדי להכין סוגים שונים של חומרים פונקציונליים הדרגתיים מתכת / מתכת, וערכו מחקרים מעמיקים על המיקרו-מבנה והמאפיינים שלהם.
4.2 ייצור תוסף לייזר של חומרים פונקציונליים מתכת / קרמיקה הדרגתית
מאז שנות השבעים, אנשים עוסקים בהכנת ציפויים קרמיים על מתכות. עד סוף שנות השמונים התפתח בהדרגה השימוש בטכנולוגיית ייצור תוספי לייזר להשגת שינוי פני מתכת. נכון לעכשיו, שיטה זו הפכה לאחת הטכנולוגיות החשובות והמבטיחות ביותר בשינוי פני מתכת, והיה בשימוש נרחב בתחומים רבים.
בשל נקודות ההיתוך השונות של חומרי מתכת וחומרים קרמיים, תיווצר קונבקציה חזקה בבריכה המותכת המתכתית, אשר תהרוס בקלות את הקשר בין המתכת לקרמיקה. שלב החיזוק שנוצר על ידי התגובה in-situ יש רטובות טובה עם המטריצה, ואת החום ששוחרר על ידי התגובה מסייע להגביר את הרטוב של קרמיקה ומתכת, כך שלב חיזוק קרמיקה שנוצר עצמית in-situ משולב בצורה יציבה יותר עם המטריצה, המהווה פתרון לבעיה. גישה יעילה לבעיות איגוד ממשק. לכן, in-situ עצמית מטריצת מתכת מטריקס מרוכבים קרמיים קיבלו תשומת לב נרחבת מחוקרים בבית ובחו"ל, ותוצאות ראשוניות הושגו.
מקור הפניה:
[1] Cui Xue, et al. מצב מחקר וסיכוי של ייצור תוסף לייזר של חומרים פונקציונליים שיפוע ביצועים גבוהים. הנדסת חומרים. 2020.
[2] שיה שיאוגואנג ואח'. התקדמות המחקר והסיכוי של טכנולוגיית ייצור תוסף עבור חומרים מדורגים פונקציונלית. סקירת חומרים. 2021.
[3] לי צ'יקי ואח'. התקדמות מחקר על טכנולוגיית ייצור תוסף של סגסוגות פונקציונליות הדרגתיות. כתב העת הסיני להנדסת מכונות. 2021.
(נערך על ידי רשת אבקה סין/Xingyao)
הערה: התמונות אינן לשימוש מסחרי, אנא יידעו ומחקו אם יש הפרה כלשהי!