Procesregeling en basismechanismen in Multi-Material Laser Additive Manufacturing van Cu/Ni-legering/staalsysteem

Momenteel is directe netvorming van metalen onderdelen een van de hot topics in Laser Additive Manufacturing (LAM) met twee belangrijke ontwikkelingsrichtingen: Laser Melting Deposition (LMD) en Selective Laser Melting (SLM). LMD is gebaseerd op de laserpoedervoedingmethode, die de superieure mogelijkheid toont om grote 3D-onderdelen af te drukken, terwijl de werknauwkeurigheid van onderdelen relatief lager is dan die van SLM; SLM is gebaseerd op de laserpoederbedbenadering en is een expert in het fabriceren van kleine complexe structuren, waaronder dunne wanden, micro-configuraties, fijne interne kanalen, enz. Functioneel gegradeerde/gradiëntmaterialen (FGM's) zijn materialen die geleidelijk veranderen in materiaalsamenstelling of microstructuur langs een specifieke dimensie. FGM's zijn veelbelovend om op maat gemaakt te worden voor specifieke doeleinden en de geleidelijke verandering in eigenschappen leidt tot lagere restspanningen terwijl de duurzaamheid toeneemt. Op basis van het SLM-proces kunnen FGM's met juiste materialen op de juiste plaatsen worden verwerkt, wat niet kan worden gerealiseerd met traditionele technieken, vooral wanneer geometrieën van onderdelen vaak complex zijn en een grote superioriteit vertonen op verschillende gebieden, zoals industrie, lucht- en ruimtevaart, auto's, enz. Superlegeringen op basis van nikkel (zoals Inconel 718 en Inconel 625) worden op grote schaal gebruikt als serviceonderdelen voor hoge temperaturen op verschillende gebieden, zoals de automatisering en aerospace, waarbij een perfecte combinatie van verhoogde werkbaarheid en mechanische prestaties vereist zijn. Cu, als een goed materiaal met een hoge thermische geleidbaarheid, is het juiste materiaal om het warmtegeleidingsvermogen van Cu/Ni-gelegeerde materialen te vergroten als Cu goed met Ni-legering kan worden gebonden. Op basis van de eerdere onderzoeken naar FGM's, vertoont SLM een groot potentieel voor de fabricage van Cu/Ni-gelegeerde tweemateriaal FGM's. Verder wordt aangenomen dat Cu/Ni-legering/Staal-drie-materiaal-FGM's het volgende doel zijn op basis van de onderzoeken van Cu/Ni-legeringsmateriaal. Een goed voorbeeld van een Cu/Ni-legering/staalsysteem is Cu/Inconel 625/H13-staal, een nieuw soort vormmateriaal, waarbij Inconel 625 wordt gebruikt als tussenlaag om het bindvermogen tussen Cu en H13-staal te vergroten. Het PhD-programma van Mr. Qimin SHI zal zich richten op de procescontrole en basismechanismen in Multi-Material Laser Additive Manufacturing van Cu/Ni-legering/staalsysteem. De mogelijke toekomstige werkzaamheden zijn de volgende aspecten: (1) Het eerste deel is procesoptimalisatie voor moeilijk te verwerken materialen, waaronder het verhogen van het laserabsorptievermogen van Cu om de bewerkbaarheid van Cu in SLM te verbeteren, het verlagen van de temperatuurgradiënt van Ni-legering (zoals Inconel 718 en Inconel 625) in SLM om de mogelijkheid van scheuren in SLM-bewerkte Ni-gelegeerde onderdelen te verminderen en om de vormingsmechanismen van met SLM bewerkte Cu-onderdelen of Inconel 718-onderdelen met minder defecten en restspanning te onderzoeken. Dit deel van het werk beoogt een solide basis te leggen voor het SLM-proces van Cu/Ni-gelegeerde tweemateriaal-FGM's. (2) Gradient en multi-fase interface van Cu/Ni-gebaseerde legering. Het tweede deel van het PhD-programma van Qimin is om de interface tussen Cu en Ni-legering te ontwerpen en te verwerken om een goed inzicht te krijgen in de interne mechanismen in het SLM-proces van Cu/Ni-gelegeerde tweemateriaal-FGM's, met name het vormmechanisme van gradiënt en multi-fase interface van Cu/Ni-gebaseerde legering. (3) Het derde deel is de verwerking van Cu/Ni-legering/staal-drie-materie FGM's via SLM, inclusief het kiezen van de juiste materialen van Ni-legering en staal met specifieke doeleinden, het optimaliseren van de dikte van de tussenlaag, enz. Het uiteindelijke doel van het PhD-programma van Qimin is om met succes Cu/Ni-gelegeerde tweemateriaal-FGM's en Cu/Ni-gelegeerde/stalen drie-materiaal-FGM's te ontwikkelen, die wetenschappelijke ondersteuning bieden voor SLM van multi-materiaallaservergelijkende productie.