以(yi)數字模型(xing)文件(jian)為基(ji)礎,運用(yong)粉末狀金屬(shu)或(huo)塑料(liao)等可粘合材料(liao),通(tong)過逐層打印的方式來構造物(wu)體的技術。
將(jiang)涂(tu)層材料加熱熔(rong)化,用高速氣流將(jiang)其霧化成極細的顆粒,并以很高的速度噴射(she)到工(gong)件(jian)表面,形(xing)成涂(tu)層。
將固(gu)(gu)態的(de)塑(su)膠(jiao)按照(zhao)一定的(de)熔點(dian)融化,通過(guo)注射(she)機器的(de)壓力,注入模(mo)具(ju)(ju)內,模(mo)具(ju)(ju)通過(guo)水(shui)道冷卻(que)將塑(su)膠(jiao)固(gu)(gu)化而(er)得到與(yu)設計模(mo)腔一樣(yang)的(de)產品。
通過在(zai)基材(cai)表面(mian)添加熔(rong)覆材(cai)料(liao),利用激(ji)光束使之與(yu)基材(cai)表面(mian)薄層一起(qi)熔(rong)凝的方法(fa),在(zai)基層表面(mian)形(xing)成冶(ye)金(jin)結合(he)的添料(liao)熔(rong)覆層。
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晶格孔隙率量化
對晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)格(ge)結構打印態和(he)熱等靜壓(ya)態(HIP)分(fen)別進行X 射(she)線斷層掃描,并(bing)提(ti)出(chu)了(le)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)格(ge)體(ti)(ti)積(ji)(ji)(ji)分(fen)數、空隙(xi)率(lv)(lv)和(he)孔(kong)(kong)(kong)隙(xi)率(lv)(lv)的(de)(de)(de)(de)(de)概念。晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)格(ge)體(ti)(ti)積(ji)(ji)(ji)是(shi)指晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)格(ge)內材料的(de)(de)(de)(de)(de)體(ti)(ti)積(ji)(ji)(ji),空隙(xi)體(ti)(ti)積(ji)(ji)(ji)是(shi)掃描晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)格(ge)內空隙(xi)的(de)(de)(de)(de)(de)體(ti)(ti)積(ji)(ji)(ji)。空隙(xi)體(ti)(ti)積(ji)(ji)(ji)比(bi)(bi)是(shi)由總晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)格(ge)體(ti)(ti)積(ji)(ji)(ji)歸一化的(de)(de)(de)(de)(de)空隙(xi)總體(ti)(ti)積(ji)(ji)(ji)。計算空隙(xi)體(ti)(ti)積(ji)(ji)(ji)比(bi)(bi),以量化孔(kong)(kong)(kong)隙(xi)率(lv)(lv)占總晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)格(ge)體(ti)(ti)積(ji)(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)百分(fen)比(bi)(bi)。可以觀察到(dao),熱等靜壓(ya)在(zai)降(jiang)低(di)(di)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)格(ge)結構的(de)(de)(de)(de)(de)孔(kong)(kong)(kong)隙(xi)率(lv)(lv)方面是(shi)有效的(de)(de)(de)(de)(de),4mm晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)胞(bao)(bao)尺(chi)寸(cun)(cun)對HIP的(de)(de)(de)(de)(de)響應更大,空隙(xi)體(ti)(ti)積(ji)(ji)(ji)比(bi)(bi)降(jiang)低(di)(di)了(le)40%,而2mm晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)胞(bao)(bao)尺(chi)寸(cun)(cun)樣品的(de)(de)(de)(de)(de)空隙(xi)體(ti)(ti)積(ji)(ji)(ji)比(bi)(bi)僅降(jiang)低(di)(di)了(le)22%。還觀察到(dao)基于樣品的(de)(de)(de)(de)(de)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)胞(bao)(bao)尺(chi)寸(cun)(cun)的(de)(de)(de)(de)(de)孔(kong)(kong)(kong)隙(xi)率(lv)(lv)變化。具有4mm晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)胞(bao)(bao)的(de)(de)(de)(de)(de)HIP樣品的(de)(de)(de)(de)(de)孔(kong)(kong)(kong)隙(xi)率(lv)(lv)降(jiang)低(di)(di)了(le)57%,2mm晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)胞(bao)(bao)尺(chi)寸(cun)(cun)的(de)(de)(de)(de)(de)樣品的(de)(de)(de)(de)(de)孔(kong)(kong)(kong)隙(xi)率(lv)(lv)減(jian)少了(le)44%。
這意(yi)味著,孔隙(xi)(xi)率受晶(jing)胞尺(chi)寸和熱(re)處理的(de)影響(xiang),2mm晶(jing)胞尺(chi)寸的(de)樣品(pin)不易形成孔隙(xi)(xi)。對比經(jing)過熱(re)等靜(jing)壓(ya)(ya)處理的(de)樣品(pin),發現熱(re)處理可(ke)降低(di)孔隙(xi)(xi)率,而(er)且4mm單元晶(jing)格比2mm單元晶(jing)格對熱(re)等靜(jing)壓(ya)(ya)熱(re)處理更敏感。
變形機制
剪(jian)切(qie)(qie)帶(dai)已被認為(wei)是(shi)結晶(jing)金(jin)屬適(shi)應塑性的(de)局(ju)部變形(xing)機(ji)制之一。位錯(cuo)的(de)集(ji)體(ti)運動或(huo)機(ji)械孿生經常(chang)導致顯微(wei)剪(jian)切(qie)(qie)帶(dai)發生。剪(jian)切(qie)(qie)帶(dai)也可(ke)(ke)以(yi)在結構(gou)層面表現(xian)出(chu)(chu)來。據報道,結構(gou)剪(jian)切(qie)(qie)帶(dai)出(chu)(chu)現(xian)在金(jin)屬泡沫(mo)和晶(jing)格(ge)(ge)結構(gou)中。晶(jing)格(ge)(ge)結構(gou)中結構(gou)剪(jian)切(qie)(qie)帶(dai)的(de)出(chu)(chu)現(xian)是(shi)通常(chang)與負載下降同時發生,從而導致能量(liang)吸(xi)收能力的(de)損失。更好(hao)地了解(jie)觸發結構(gou)剪(jian)切(qie)(qie)帶(dai)形(xing)成的(de)潛在微(wei)觀(guan)和宏(hong)觀(guan)機(ji)制,可(ke)(ke)能會獲得控制它們(men)的(de)必(bi)要知識。
3D打印(yin)GRCop-84銅(tong)合(he)(he)金晶(jing)(jing)格結(jie)構(gou)的(de)(de)變(bian)形和坍塌(ta)機(ji)制(zhi)(zhi)取決(jue)于熱處理和晶(jing)(jing)格的(de)(de)晶(jing)(jing)胞尺寸。在(zai)GRCop-84銅(tong)合(he)(he)金晶(jing)(jing)格結(jie)構(gou)的(de)(de)壓(ya)縮(suo)測試中(zhong)觀察到兩種主(zhu)要的(de)(de)變(bian)形機(ji)制(zhi)(zhi)。第一種機(ji)制(zhi)(zhi)是(shi)(shi)剪切帶形成,導(dao)致結(jie)構(gou)中(zhong)的(de)(de)晶(jing)(jing)胞以(yi)45度角塌(ta)陷(xian);第二種機(ji)制(zhi)(zhi)是(shi)(shi)逐(zhu)層塌(ta)陷(xian)直至(zhi)致密化(hua)。在(zai)未接受熱等(deng)靜壓(ya)的(de)(de)4mm晶(jing)(jing)胞樣品中(zhong),剪切帶形成導(dao)致的(de)(de)失(shi)效成為主(zhu)要變(bian)形機(ji)制(zhi)(zhi)。
準靜態和動態壓縮測試結果表明,變形趨勢與相對密度無關。無論拓撲結構和晶胞大小如何,打印態樣品在屈服后突然負載下降與結構剪切帶形成或局部不穩定導致層突然坍塌一致。具有4mm晶胞的GRCop-84結構在經熱等靜壓后可以在屈服開始時去除剪切帶。由2mm晶胞制成的熱等靜壓態結構增加了流動應力,并消除了準靜態測試期間的突然負載下降。在動態加載過程中,熱等靜壓帶來的微觀結構變化并未顯著改善相同拓撲結構樣品之間的流動應力。
熱等靜壓過程所帶來的孔隙率降低是將主要坍塌機制從剪切帶變為逐層坍塌的主要因素。準靜態和動態測試結果表明熱等靜壓能夠改變晶格結構的機械響應,其通過降低孔隙率和釋放樣品內的殘余應力來改變微觀結構。由于殘余應力的存在,打印態樣品表現出更高的屈服點,在10%應變下強度急劇下降,一直持續到晶格結構完全致密化。
END
具有晶格結構的GRCop-84可制造具有更高換熱效率的器件,這是由于GRCop-84的高導熱性和表面積增加所致,晶格結構的可控固有空間和表面積使它們非常適合熱交換器等熱應用。除此之外,在如今結構、功能一體化設計的趨勢下,研究高功能下的結構性能是不可忽視的重要組成部分。總的來說,這項研究首次看到了采用3D打印制造的GRCop銅合金晶格結構。
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