1. Introduktion til 3D-printning af metal og DED-teknologi

Metaladditiv fremstilling (AM) har revolutioneret traditionel fremstilling ved at muliggøre produktion af højtydende, komplekse strukturer, der tidligere var umulige at opnå. Det har også åbnet nye veje for udvikling af innovative legeringsmaterialer, især superlegeringer. Udviklingen af ​​avancerede metalmaterialer ved hjælp af 3D-printteknologi har opnået betydelig akademisk anerkendelse, med adskillige vigtige forskningsresultater offentliggjort i førende tidsskrifter som Science og Nature.

2. Udvikling af traditionel superlegering: Tekniske udfordringer

Superlegeringer skal have en kombination af høj styrke, fremragende varmebestandighed og enestående korrosionsbestandighed, hvilket kræver præcis kontrol over legeringens sammensætning. Traditionelle fremstillingsmetoder står over for flere udfordringer:

• Proceskontrol kompleksitetFremstilling af superlegeringer involverer ekstreme forhold såsom høje temperaturer og tryk, hvilket kræver præcis kontrol over parametre som temperatur, tid og tryk.
• Begrænsninger i fremstillingspræcisionMens moderne maskinlæringsteknologier kan designe superlegeringer med komplekse elementforhold og mikrostrukturer, kæmper traditionelle fremstillingsteknikker med at opnå den nødvendige præcision i sammensætning og mikrostrukturkontrol.
• Udviklingsomkostninger og effektivitetTrial-and-error-processen, materialeforbruget og de lange udviklingscyklusser gør traditionelle produktionsteknologier mindre effektive og dyre.

3. Revolutionerende gennembrud med DED-teknologi

Professor Chinnapat Panwisawas, en tidligere seniorforsker ved University of Oxford, fremhævede, at 3D-printning af metal, især DED-teknologi (Directed Energy Deposition), er blevet en banebrydende teknik til udvikling af superlegeringer.

De vigtigste fordele ved DED-teknologi inkluderer:

• Fleksibilitet i flere materialerDED kan levere pulver- og trådmaterialer samtidigt, hvilket muliggør dynamiske materialeskift under trykprocessen.
• Funktionelt klassificerede materialerDED er særligt velegnet til at skabe funktionelt graduerede materialer, hvor sammensætningen ændrer sig kontinuerligt gennem hele emnet.
• Proceskontrol i realtidParametre som tilførselshastighed, energitilførsel og aflejringssti kan justeres i realtid, hvilket muliggør finjustering af materialeegenskaber.

Vellykkede casestudier:
I 2023 udviklede teamet ledet af professor Ma ved Melbourne Polytechnic en højstyrket titanlegering ved hjælp af DED-teknologi, og resultaterne blev offentliggjort i NaturForskerholdet brugte laser DED-teknologi kombineret med kommercielt rent titaniumpulver, vandforstøvet jernpulver og TiO2-pulver. Undersøgelsen forbandt med succes fremstillingsprocessen med den nye legerings mikrostruktur og ydeevne.

NASAs Glenn Research Center bekræftede også, at kombinationen af ​​beregningsvidenskab og 3D-printteknologi kan reducere materialeudviklingscyklusser fra år til uger eller måneder.

4. Deponeringshovedet: Kernen i DED-teknologien

Aflejringshovedet i DED-teknologi spiller en afgørende rolle i udviklingen af ​​nye materialer. Det danner et smeltebad ved hjælp af laser-, plasma- eller elektronstrålevarmekilder og aflejrer materialer i pulver- eller trådform. Materialet aflejres lag for lag for at skabe komplekse strukturer. Aflejringshovedet styrer præcist smelte- og aflejringsprocessen, hvilket muliggør fin kontrol over materialets mikrostruktur og ydeevne.

5. Indenlandske innovationer inden for DED-teknologi

I 2024 udviklede Greenstone-Tech i samarbejde med Nanjing University of Science and Technology en revolutionerende multistråleintegreret koaksial laserrettet energiaflejringsteknologi, der kombinerer 13 års erfaring inden for additiv fremstilling af lysbuer. Denne nye retning inden for DED-teknologi - det hybride hardwaresystem med multilaser-lysbuekoaksial - repræsenterer et globalt gennembrud.

Innovationshøjdepunkter:

• Multi-kompositteknologiKombinerer 6 uafhængige lasermoduler med en lysbuevarmekilde for forbedret kontrol.
• Samtidig levering af pulver og trådMuliggør synkroniseret pulver- og trådfremføring for forbedret materialeaflejring.
• Dobbelt gasbeskyttelsessystemSikrer effektiv materialebeskyttelse under aflejring.

Innovationer inden for materialeforberedelse :

• Præcis kompositionskontrolUafhængig styring af tråd- og pulverfremføringssystemer sikrer nøjagtig materialesammensætning.
• HøjkapacitetsfremstillingMuliggør hurtig produktion af store mængder af materialer med forskellig sammensætning eller gradient.
• In-situ legeringMuliggør direkte legeringsdannelse under trykprocessen, hvilket eliminerer behovet for efterbehandling af varme.
• Fremstilling af gradientmaterialerMuliggør oprettelse af materialer med kontinuerlige gradientkompositioner.
• Nano-forbedrede materialerSikrer ensartet spredning af nanopartikler, hvilket forbedrer materialets ydeevne.

Procesfordele :

• Forenkler fremstillingsprocessen og øger produktionseffektiviteten.
• Reducerer produktionsomkostninger og fremskynder kommercialiseringen.
• Forbedrer materialekompatibilitet og præcision i fremstillingen.

6. Teknologiske udsigter

I takt med at multi-laser/bue, multi-mode koaksial hybrid 3D-printteknologi fortsætter med at udvikle sig, forventes det at introducere nye legeringer og kompositmaterialer med hidtil usete ydeevnekombinationer, herunder højere styrke, overlegen slid- og korrosionsbestandighed samt fremragende termisk stabilitet. Greenstone-Tech er forpligtet til at fremme den intelligente og automatiserede udvikling af denne teknologi, levere mere fleksible og effektive løsninger til materialeforberedelses- og fremstillingsindustrier og hurtigt reagere på markedets efterspørgsel.