de.wedoany.com-Bericht: Forscher der Johns Hopkins University in den USA haben einen auf thermischen Informationen und simulationsgestützten Prozessrahmen entwickelt, um die metallische Extrusionsadditivfertigung dünnwandiger Aluminiumlegierungsstrukturen zu stabilisieren. Dieser Rahmen löst zwei Arten von thermischen Versagensmodi, die zuvor die Zuverlässigkeit dieser Technologie bei hochschmelzenden Metallen einschränkten.
Die Studie weist darauf hin, dass die Einstellung der Betriebstemperatur nahe dem Schmelzpunkt des Ausgangsmaterials im Vergleich zu Pulverbettschmelz- und gerichteten Energieabscheidungsverfahren Effizienz- und Kostenvorteile bietet. Aufgrund der geringen Viskosität, hohen Wärmeleitfähigkeit und hohen Oberflächenspannung von reaktiven, hochschmelzenden Legierungen wie Aluminium während des Metall-Extrusionsadditivfertigungsprozesses (MEAM) wird das Prozessfenster jedoch eng.
Jochen Mueller, Assistenzprofessor an der Johns Hopkins University, erklärte, dass das Forschungsteam diesen Rahmen für die metallische Extrusionsadditivfertigung eingeführt habe. Durch die präzise Steuerung mehrerer Prozessparameter könnten Probleme wie Düsenverstopfung und Bauteilkollaps beseitigt werden, wodurch ein stabiles und hochpräzises Drucken dünnwandiger Aluminiumstrukturen ermöglicht werde.
Die Forscher identifizierten Unterhitzung und Überhitzung als zwei Hauptversagensmodi von hochschmelzenden Metallen im MEAM. Unterhitzung tritt auf, wenn mit zunehmender Bauhöhe Wärme über die bereits abgeschiedenen Schichten verloren geht, was zu vorzeitiger Erstarrung und Verstopfung der Düsenspitze führt. Überhitzung hingegen tritt auf, wenn die Extrusionsgeschwindigkeit die Kühlkapazität der abgeschiedenen Schicht übersteigt, was zu Wiederaufschmelzen und strukturellem Kollaps führt.
Um diesen beiden Versagensmodi zu begegnen, passte das Team die Betttemperatur schichtweise an, während die Düsentemperatur und die Druckgeschwindigkeit konstant blieben, und verwendete zeitbasierte Kriterien, um die minimale Abkühlzeit zu bestimmen, die jede Schicht benötigt, um vor dem weiteren Abscheiden die Solidustemperatur zu erreichen. Unter Verwendung von ER4043 Aluminiumlegierungsdraht (etwa 5 % Silizium und 95 % Aluminium nach Gewicht) produzierte der Rahmen dünnwandige Strukturen mit gleichmäßiger Oberflächenrauheit und reproduzierbaren geometrischen Formen über die gesamte Bauhöhe. Die Forscher bewerteten die resultierenden Teile durch Mikrostrukturanalyse und mechanische Tests und demonstrierten die Methode an Strukturen verschiedener Maßstäbe und komplexer Geometrien.
