ARIS Weave NCN project: N2-0328:
Vpliv temperaturnih razmer na mikrostrukturo in mehanske lastnosti aditivno izdelanih materialov
The influence of the thermal history on the microstructure and mechanical properties of additively manufactured materials
Povzetek projekta:
Dodajalne tehnologije veljajo za tehnologijo prihodnosti za vitko proizvodnjo visokokakovostnih strojnih izdelkov iz plastike, keramike in kovinskih zlitin. Za razliko od proizvodnje z odnašanjem materiala mora imeti dober izkoristek materiala in energije. Za razliko od litja in kovanja mora biti dovolj prilagodljiva, da omogoča zelo hitro izdelavo kompleksnih delov brez vlaganja v orodje, kalupe in matrice. V zadnjih letih je število izdelkov, proizvedenih z dodajalnimi tehnologijami, močno naraslo in doseglo raven, za katero nekateri strokovnjaki menijo, da napoveduje novo industrijsko revolucijo. Dodajalne tehnologije se ne uporabljajo le za izdelavo prototipov (kot je bilo nekoč), ampak za izdelavo popolnoma funkcionalnih izdelkov v avtomobilski industriji, energetiki, biomedicinski industriji, živilski industriji, orodjarski in celo letalski in vesoljski industriji. Ena izmed najbolj pomembnih lastnosti aditivno izdelanih kovinskih izdelkov je homogenost strukture in mehanskih lastnosti glede na izdelavo z litjem. To naj bi dosegli z izdelavo po plasteh (z debelino plasti okoli 0,1 – 2 mm) in le z lokalnim pretaljevanjem materiala in podobnimi pogoji hlajenja. Vendar to velja le za zelo majhne izdelke in v večini primerov so končne nehomogenosti v lastnostih aditivno izdelanih izdelkov močno podcenjene. To je predvsem zato, ker je mikrostruktura običajno zelo podobna po celotnem volumnu izdelka, kar pomeni homogeno mikrostrukturo. Vendar pri večini inženirskih kovinskih zlitin mikrostruktura (razumljena kot velikost zrn, oblika zrn, vrsta) ne igra najpomembnejše vloge. Najpomembnejša lastnost je fazna sestava, ki ni odvisna le od kemične sestave zlitine, temveč predvsem od toplotne obdelave zlitine. Pri dodajalnih tehnologijah je material podvržen toplotni obdelavi na kraju samem, pri kateri se ciklično segreva (do temperature likvidusa) in hitro ohlaja, pri čemer se amplituda zmanjšuje s časom in napredkom pri izdelavi izdelka. Značaj teh toplotnih ciklov je v veliki meri odvisen od parametrov obdelave, kot so linearni vnos toplote (tj. moč laserja/elektronskega žarka/električnega obloka), hitrost gibanja dodajalne glave, debeline plasti in tudi od toplotne prevodnosti uporabljene zlitine, kot tudi vrste zaščitnega plina in zaščitne atmosfere. Ker je večino zlitin, ki se uporabljajo v industriji, mogoče toplotno obdelati (večina jekel, nikljeve zlitine, titanove zlitine, bakrove zlitine, aluminijeve zlitine), je treba v celoti razumeti izzive, ki jih povzročajo zelo specifični pogoji toplotne obdelave, da bi izboljšali lastnosti aditivno izdelanih izdelkov in se pri tem izognili potrebi po naknadni toplotni obdelavi. To ne le podraži izdelavo izdelkov, ampak lahko vodi tudi do degradacije in deformacij izdelkov ali pa je pri popravljenih izdelkih, še posebej tistih s funkcionalno porazdeljenimi lastnostmi, preprosto nemogoče izvesti.
fs.uni-lj.si