Ingenieros 3-D de impresión de aluminio de alta resistencia, resolver el problema de soldadura con nanopartículas

(Last Updated On: marzo 28, 2018)

HRL Laboratories ha hecho un gran avance en metalurgia con el anuncio de que los investigadores en la instalación han desarrollado una técnica para la impresión con éxito 3D de alta resistencia aleaciones de aluminio – incluyendo los tipos Al7075 y Al6061 – que abre la puerta a la fabricación de aditivos de ingeniería de aleaciones relevantes.

Estas aleaciones son muy deseables para las aeronaves y las piezas de automóviles y han estado entre los miles que no eran susceptibles de aditivos de fabricación – impresión 3D – una dificultad que ha sido resuelto por los investigadores HRL.

Un beneficio adicional es que su método puede aplicarse a familias de aleación adicionales tales como aceros de alta resistencia y superaleaciones basadas en níquel difíciles de procesar actualmente en fabricación aditiva.

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“Estamos usando una teoría de la nucleación de 70 años para resolver un problema de 100 años con una máquina del siglo XXI”, dijo Hunter Martin, que co-dirigió el equipo con Brennan Yahata. Ambos son ingenieros en el Laboratorio de Sensores y Materiales de HRL y estudiantes de doctorado en la Universidad de California en Santa Bárbara, estudiando con la profesora Tresa Pollock, coautora del estudio.

Su impresión en papel en 3D de aleaciones de aluminio de alta resistencia se publicó en Nature ( “Impresión 3D de aleaciones de aluminio de alta resistencia” )."

La fabricación de metales aditivos comienza típicamente con polvos de aleación que se aplican en capas delgadas y se calientan con un láser u otra fuente de calor directo para fundir y solidificar las capas.

Normalmente, si se usan aleaciones de aluminio no sol- velables de alta resistencia tales como Al7075 o AL6061, las partes resultantes sufren un agrietamiento en caliente fuerte – una condición que hace que una parte de metal pueda ser separada como una galleta escamosa.

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La técnica de funcionalización de nanopartículas de HRL resuelve este problema mediante la decoración de polvos de aleación no soldables de alta resistencia con nanopartículas especialmente seleccionadas.El polvo funcionalizado con nanopartículas se alimenta en una impresora 3D que acopla el polvo y el láser -fusibles ch para construir un objeto tridimensional.

Durante la fusión y solidificación, las nanopartículas actúan como sitios de nucleación para la microestructura de aleación deseada, previniendo el craqueo en caliente y permitiendo la retención de la resistencia total de la aleación en la parte fabricada.Debido a que la fusión y solidificación en la fabricación de aditivos es análoga a la soldadura, la funcionalización de nanopartículas de HRL también puede usarse para fabricar aleaciones no soldables soldables.

Esta técnica también es escalable y emplea materiales de bajo costo. Los polvos y nanopartículas de aleación convencionales producen material de alimentación de la impresora con nanopartículas distribuidas uniformemente sobre la superficie de los granos de polvo.”Nuestro primer objetivo fue averiguar cómo eliminar el craqueo en caliente por completo.

Nos tratamos de controlar la microestructura y la solución debe ser algo que naturalmente sucede con la forma en que este material se solidifica”, Martin dijo.Para encontrar las nanopartículas correctas, en este caso las nanopartículas a base de zirconio, el equipo de HRL reclutó Citrine Informatics para ayudarles a clasificar entre la miríada de posibles partículas para encontrar la que tenía las propiedades que necesitaban .

“El uso de la informática fue clave”, dijo Yahata.

“La forma en que la metalurgia solía hacerse fue cultivando la tabla periódica para elementos de aleación y pruebas principalmente con ensayo y error.

La cuestión de utilizar el software de informática era hacer un enfoque selectivo a la teoría de nucleación que sabíamos para encontrar los materiales con la exacta las propiedades que necesitábamos.Una vez que les dijimos qué buscar, su gran análisis de datos redujo el campo de los materiales disponibles de cientos de miles a unos pocos selectos.

Fuimos de un pajar a un puñado de agujas posibles.

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