Additieve productie om hoogwaardig roestvrij staal te produceren door NIST en Argonne National Laboratory
Volgens de designnieuwswebsite die op 3 november werd gerapporteerd, hebben onderzoekers van het National Institute of Standards and Technology (NIST), de University of Wisconsin-Madison en het Argonne National Laboratory een van de sterkste soorten roestvrij staal gemaakt die er bestaan. 17-4 neerslagharding (PH)Roestvrij staal heeft een 3D-printmethode ontwikkeld die roestvrij staal print met dezelfde eigenschappen als roestvrij staal dat op traditionele wijze is gemaakt.
Dit roestvrij staal is een sterke, corrosiebestendige legering die wordt gebruikt bij de constructie van vrachtschepen, passagiersvliegtuigen en kerncentrales. Deze innovatie kenmerkt het continue 3D-printen van 17-4 PH-staal met behoud van de oorspronkelijke eigenschappen.
Hoewel het gebruik van 3D-printen om plastic onderdelen te maken in alle sectoren steeds gebruikelijker is geworden, is op poeder gebaseerde additieve productie van metaal (AD) complexer, deels vanwege de zeer snelle temperatuurveranderingen tijdens het printen. periode. Additieve productie van metalen last in wezen miljoenen kleine poederachtige deeltjes aan elkaar met behulp van hoogenergetische bronnen zoals lasers, smelt ze tot een vloeistof en koelt ze vervolgens af tot een vaste stof.
Maar omdat de afkoelsnelheid hoog is, waardoor een extreme niet-evenwichtstoestand ontstaat, kan het proces van snel opwarmen en afkoelen snelle veranderingen in de kristalstructuur van de atomen in het staal veroorzaken, waardoor het onmogelijk wordt om te bepalen wat er in het materiaal gebeurt bij op atomair niveau, dus het is onmogelijk om precies te maken. De kristalstructuur kan de optimale toestand van het drukwerk niet bepalen.
Om deze problemen aan te pakken, gebruikten de onderzoekers synchrone röntgendiffractie (XRD) om de kristalstructuur tijdens snelle temperatuurveranderingen te bestuderen, zodat ze tijdens het printen de interne structuur van het martensiet konden bepalen. De onderzoekers gebruikten Argonne's Advanced Photon Source (APS) om tijdens het printproces hoogenergetische röntgenstralen in het staalmonster te schieten. Zo konden de onderzoekers in kaart brengen hoe de kristalstructuur van het staal veranderde tijdens het printen.
Hoewel ijzer het hoofdbestanddeel is van 17-4 PH-staal, omvat de specifieke samenstelling maar liefst 12 verschillende chemische elementen. Met een beter begrip van de structurele veranderingen in staal tijdens het 3D-printproces, kunnen onderzoekers de samenstelling van dit staal verfijnen en zo de 3D-printresultaten beheersen. Deze aanpak kan ook worden toegepast op andere materialen, waarbij XRD wordt gebruikt om andere legeringen voor 3D-printen te optimaliseren en nuttige informatie te bieden voor het bouwen en testen van computermodellen die de uiteindelijke kwaliteit van geprinte onderdelen kunnen voorspellen.