顶刊:3D打印出1.4GPa超高强度钢,致密度达99.25% - 3D打印技术参考

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超高强度钢一般是指屈服强度大于1380MPa的高强度结构钢,这种材料通常不易加工成型,且工艺成本高昂,采用3D打印制造则具有显著优势。

为了生产出具有高度几何形状控制的高强度零件,来自美国德州A&M大学的研究人员采用SLM技术对低合金超高强度马氏体钢AF9628进行了研究,最终成型出拉伸强度高达1.4GPa,延伸率高达11%的组织结构。研究人员称这是迄今为止3D打印金属材料有报道以来的最高性能

3D打印零件的性能对工艺参数极为敏感,要获得稳定的打印参数往往需要大量的实验。研究人员通过建立工艺参数优化模型,并对模型中的各个相关系数进行修正,优化出了高强马氏体钢最优的打印参数。

顶刊:3D打印出1.4GPa超高强度钢,致密度达99.25%研究路线图

通过利用Eagar-Tsai模型来描述打印工艺参数对熔池几何形貌和温度分布的影响,研究人员将输入参数分为两类:一类是热输入参数包括激光功率、扫描速度和激光高斯热源半径;另一类是材料参数,包括热导率、密度、比热、熔点和激光吸收率。并利用统计方法对该模型的不确定性进行校正,结合特殊设定的单道打印实验结果对模型偏差进行校正。提出以搭接量标准来预测熔宽和熔高,获得最优搭接量,建立工艺参数指导图。最终在保持全密度的同时,通过灵活选择工艺参数来局部调整微结构,从而改善材料的机械性能。

顶刊:3D打印出1.4GPa超高强度钢,致密度达99.25%不同打印参数下的致密度

总的来说,采用基于搭接量评价的数学模型,能很好的预测打印过程中熔池的几何尺寸,控制好搭接量便能很好的控制打印样品的性能。这种方法有利于减少实验次数,特别是对于新材料的工艺探索是一种行之有效的方法。

顶刊:3D打印出1.4GPa超高强度钢,致密度达99.25%美陆军研究实验室打印的AF96材料复杂形状零件

在应用方面,3月5日,美国陆军作战能力发展指挥部的陆军研究实验室,材料制造科学家使用AF96粉末3D打印了超高强度的复杂零件。陆军研究人员表示,这种钢合金具有惊人的品质,在地面车辆更换零件方面具有潜在应用,而且这种材料可能比商业上可获得的材料强约50%。

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