通过超声波对晶粒结构进行分级,Fraunhofer 3D打印更坚固的零件,推动下一代航空航天技术发展

根据3D科学谷,Fraunhofer IWS,Fraunhofer IAPT以及澳大利亚墨尔本的RMIT增材制造中心已经开始了一项耗资 400 万欧元的 UltraGrain 项目,目的是通过超声辅助增材制造按需对晶粒结构进行分级,希望在项目结束后获得将这一研究成果从示范项目达到产业化推广的商业价值,将联合研究成果转化为工业实践。

考虑到深化合作,Fraunhofer将从其国际合作和网络 ICON 计划中为该项目提供 150 万欧元的资金。澳大利亚合作伙伴将进一步捐款 250 万欧元。

ICAF航空疲劳与结构完整性国际委员会
© ICAF

block 更细更可控的结构

RMIT 增材制造中心项目合作者对超声在微结构控制中的应用持乐观态度。据报道,他们相信下一代航空航天以及太空部件增材制造将大大受益于与弗劳恩霍夫合作伙伴共同开发的超声技术的采用。

在此过程中,研究人员正在进入新的技术领域,为了具体影响 AM-增材制造组件的内部晶粒结构,从而影响它们的机械性能,研究人员正在将已建立的基于线材和粉末的定向能量沉积 (DED) 工艺与超声波相结合。

超声波的振动超出了人类可听到的音调,例如,在沉积过程中,超声波以精确定义的频率在全局范围内或局部跟随激光并直接向熔池发送精细振动影响组件的晶粒结构。超声波可防止在其中形成不希望的柱状结构,通常这些微小的柱状结构会导致较差的机械性能。在超声波作用下,会形成更细的圆形微颗粒,均匀分布或分级分布。

这种等轴对齐增加了增材制造零件的机械和化学承载能力。由于可以有针对性地控制超声波,因此组件设计人员能够准确地设计材料,根据零件需要在何处承受巨大应力的要求来制定超声波加工策略。

开发人员可以规划超声波控制的晶粒结构,但也可以决定在哪些方面可以不使用超声波,以加快生产速度。例如,如果空间探测器的储气罐必须在未来几年内经受外太空的特殊挑战,或者如果汽车工厂的工具必须承受大规模生产中的高点负载,这种使用超声波的增材制造加工是必不可少的。

Fraunhofer IWS正在将其在激光熔覆方面的经验贡献给研究联盟。特别是,将重点放在通过DED激光沉积钛金属丝和钢丝的加工过程,下一步计划对送粉的DED激光沉积工艺进行超声波加工研究。

Fraunhofer IAPT处理具有不同晶粒结构的组件优化设计。在多材料设计的方面,科学家们打算开发系统化的一种方法来优化受超声波影响的材料区域。此外,Fraunhofer IAPT还专注于新工艺技术的最佳路径规划。

通过UltraGrain项目,可以显着提高零件的抗疲劳性、强度、韧性和延展性等性能,或降低增材制造部件的开裂敏感性,此外,该项目为Fraunhofer在澳大利亚工业界建立新联系并增加Fraunhofer研究所的国际收入提供了机会。

作为UltraGrain的国际大学合作伙伴,RMIT增材制造中心将使用先进的同步加速器测量在新工艺方法中探索超声波在材料中触发的物理过程。

block 科技让生活更美好

根据3D科学谷的市场观察,Fraunhofer在增材制造领域发挥着强大的作用。Fraunhofer IWS工程师基于对材料技术以及激光加工的强大理解,建立了增材制造领域加工技术与材料的相关性。此前,在Fraunhofer灯塔项目“ futureAM-下一代增材制造”的框架内,Fraunhofer IWS的科学家们以很高的采样率记录大量传感器数据以提升对加工过程的理解,创造更多更神奇的材料。

Valley_FutureAM下一代增材制造技术
© 3D科学谷白皮书

Fraunhofer IWS的材料和光束技术正在为增材制造产业贡献积极的中坚力量,除了其在激光熔覆方面的经验,此前Fraunhofer IWS通过短波绿色激光对金属进行几乎无缺陷的处理,实现了以前纯铜无法实现的新生产方法。可以用于制造航空航天和汽车工业的由纯铜和铜合金制成的复杂部件,并且可以提高铜金属零件的制造效率。

通过科技推动人类走向美好生活,Fraunhofer另外一家研究所,Fraunhofer IAPT最近还创建了人体指关节植入物的初始设计,然后训练AI算法,目的是根据可用的模拟数据自动生成单个植入物设计。

更多关于Fraunhofer通过科技推动人类走向美好生活的相关信息,3D科学谷将保持持续关注。

知之既深,行之则远。基于全球范围内精湛的制造业专家智囊网络,3D科学谷为业界提供全球视角的增材与智能制造深度观察。有关增材制造领域的更多分析,请关注3D科学谷发布的白皮书系列。

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