Alumina powder breakthrough sa 3D nga mga materyales sa pag-imprenta
Paglakaw ngadto sa laboratoryo sa Northwestern Polytechnical University, usa ka light-curing3D nga tig-imprenta gamay ra ang humming, ug ang laser beam naglihok nga tukma sa ceramic slurry. Pipila lang ka oras ang milabay, ang usa ka ceramic core nga adunay komplikado nga istruktura sama sa usa ka maze hingpit nga gipresentar - kini gamiton sa paglabay sa mga turbine blades sa mga makina sa ayroplano. Si Propesor Su Haijun, nga nagdumala sa proyekto, mitudlo sa delikado nga sangkap ug miingon: "Tulo ka tuig kanhi, wala kami mangahas sa paghunahuna bahin sa ingon nga katukma.
Kaniadto, ang alumina ceramics sama sa usa ka "problema nga estudyante" sa natad sa3D nga pag-imprenta- taas nga kalig-on, taas nga temperatura nga pagsukol, maayo nga insulasyon, apan sa dihang kini giimprinta, kini adunay daghang mga problema. Ubos sa tradisyonal nga mga proseso, ang alumina powder adunay dili maayo nga pagkalikido ug kanunay nga nagbabag sa print head; ang shrinkage rate sa panahon sa sintering mahimong ingon ka taas sa 15% -20%, ug ang mga bahin nga giimprinta nga adunay daghang paningkamot madaot ug mabuak sa diha nga kini masunog; komplikado nga mga istruktura? Kini labaw pa sa usa ka kaluho. Ang mga inhenyero nabalaka: “Kining butanga sama sa usa ka gahig ulo nga pintor, nga adunay ihalas nga mga ideya apan dili igo nga mga kamot.”
1. Ruso nga pormula: Pagbutang ug “ceramic armor” saaluminyomatris
Ang pagbag-o nga punto unang naggikan sa rebolusyon sa materyal nga disenyo. Sa 2020, ang mga materyal nga siyentipiko gikan sa National University of Science and Technology (NUST MISIS) sa Russia nagpahibalo sa usa ka makabalda nga teknolohiya. Imbis sa yano nga pagsagol sa aluminum oxide powder, gibutang nila ang high-purity aluminum powder ngadto sa usa ka autoclave ug gigamit ang hydrothermal oxidation aron "motubo" ang usa ka layer sa aluminum oxide film nga adunay tukma nga makontrol nga gibag-on sa ibabaw sa matag aluminum particle, sama sa pagbutang og layer sa nano-level armor sa aluminum ball. Kini nga "core-shell structure" powder nagpakita sa talagsaon nga performance sa panahon sa laser 3D printing (SLM technology): ang katig-a mao ang 40% nga mas taas kay sa purong aluminum nga mga materyales, ug ang taas nga temperatura nga kalig-on gipauswag pag-ayo, direkta nga nagtagbo sa mga kinahanglanon sa grado sa aviation.
Si Propesor Alexander Gromov, ang lider sa proyekto, mihimo ug tin-aw nga analohiya: “Kaniadto, ang mga composite nga materyales sama sa mga salad – ang matag usa maoy nagdumala sa iyang kaugalingong negosyo; ang among mga pulbos sama sa mga sandwich – ang aluminum ug alumina mopaak sa usag usa hut-ong, ug dili mahimo nga wala ang lain.” Kini nga lig-on nga pagdugtong nagtugot sa materyal sa pagpakita sa iyang kabatid sa mga bahin sa makina sa eroplano ug mga ultra-light nga mga bayanan sa lawas, ug bisan nagsugod sa paghagit sa teritoryo sa titanium alloys.
2. Intsik nga kaalam: ang salamangka sa "pagbutang" sa mga seramik
Ang pinakadako nga sakit nga punto sa alumina ceramic nga pag-imprenta mao ang sintering shrinkage - hunahunaa nga imong gimasa pag-ayo ang usa ka lapok nga numero, ug kini mikunhod ngadto sa gidak-on sa usa ka patatas sa diha nga kini misulod sa oven. Unsa ka daghan ang mahugno? Sa sayong bahin sa 2024, ang mga resulta nga gipatik sa koponan ni Propesor Su Haijun sa Northwestern Polytechnical University sa Journal of Materials Science & Technology nagsugod sa industriya: nakakuha sila usa ka hapit zero-shrinkage alumina ceramic core nga adunay shrinkage rate nga 0.3% ra.
Ang sekreto mao ang pagdugangaluminum powdersa alumina ug dayon magdula sa usa ka tukma nga "magic sa atmospera".
Idugang ang aluminum powder: Isagol ang 15% sa fine aluminum powder ngadto sa ceramic slurry
Kontrola ang atmospera: Gamita ang proteksyon sa argon gas sa pagsugod sa sintering aron mapugngan ang aluminum powder gikan sa pag-oxidize
Smart switching: Kung ang temperatura mosaka sa 1400°C, kalit nga ibalhin ang atmospera sa hangin
In-situ nga oksihenasyon: Ang aluminyo nga pulbos diha-diha dayon natunaw sa mga tinulo ug nag-oxidize sa aluminum oxide, ug ang pagpalapad sa gidaghanon nag-offset sa pagkunhod
3. Rebolusyon sa binder: ang aluminum powder nahimong "dili makita nga glue"
Samtang ang mga koponan sa Russia ug Intsik nagtrabaho pag-ayo sa pagbag-o sa pulbos, ang lain nga teknikal nga ruta hilom nga nahamtong - gamit ang aluminum powder isip binder. Tradisyonal nga seramik3D nga pag-imprentaAng mga binder kasagaran mga organikong resin, nga magbilin sa mga lungag kung masunog sa panahon sa degreasing. Ang 2023 nga patente sa domestic team nagkuha ug lahi nga pamaagi: paghimo sa aluminum powder nga usa ka water-based binder47.
Atol sa pag-imprinta, ang nozzle tukma nga nag-spray sa "glue" nga adunay 50-70% nga aluminum powder sa aluminum oxide powder layer. Pag-abot sa yugto sa degreasing, ang vacuum gikuha ug ang oxygen gipasa, ug ang aluminum powder gi-oxidized ngadto sa aluminum oxide sa 200-800 ° C. Ang kinaiya sa pagpalapad sa gidaghanon nga labaw pa sa 20% nagtugot niini nga aktibong pun-on ang mga pores ug makunhuran ang pagkunhod sa rate sa ubos sa 5%. "Katumbas kini sa pagbungkag sa scaffolding ug pagtukod og bag-ong bungbong sa samang higayon, pagpuno sa imong kaugalingong mga lungag!" gihubit kini sa usa ka enhinyero niining paagiha.
4. Ang arte sa mga partikulo: ang kadaugan sa spherical powder
Ang "pagpakita" sa alumina powder sa wala damha nahimong yawe sa mga breakthroughs - kini nga panagway nagtumong sa porma sa partikulo. Usa ka pagtuon sa journal nga "Open Ceramics" sa 2024 nagtandi sa performance sa spherical ug dili regular nga alumina powders sa fused deposition (CF³) nga pag-imprenta5:
Spherical powder: nagdagayday sama sa pinong balas, ang rate sa pagpuno milapas sa 60%, ug ang pag-imprinta hapsay ug silky
Dili regular nga pulbos: giugbok sama sa coarse sugar, ang viscosity 40 ka beses nga mas taas, ug ang nozzle gibabagan sa pagduhaduha sa kinabuhi
Mas maayo pa, ang densidad sa mga bahin nga giimprinta sa spherical powder dali nga molapas sa 89% pagkahuman sa sintering, ug ang paghuman sa nawong direkta nga nagtagbo sa sumbanan. "Kinsa pa ang naggamit sa "ngil-ad" nga pulbos karon? Ang pagka-fluid mao ang pagkaepektibo sa kombat!" Mipahiyom ang usa ka technician ug mitapos5.
Umaabot: Ang mga bituon ug kadagatan nag-uban sa gagmay ug matahum
Ang 3D nga rebolusyon sa pag-imprenta sa alumina powder layo pa sa pagkahuman. Ang industriya sa militar ang nanguna sa paggamit sa hapit-zero nga mga shrinkage core sa paggama ug turbofan blades; ang biomedical nga natad nakagusto sa iyang biocompatibility ug nagsugod sa pag-imprinta sa customized bone implants; ang industriya sa elektroniko nagpunting sa mga substrate sa pagwagtang sa kainit - pagkahuman, ang thermal conductivity ug non-electrical conductivity sa alumina dili mapulihan.