3D列印材料已成功商業化並得到自然研究的應用

Mondo 科技 更新 2024-02-17

2017年9月,《自然》雜誌發表了一篇題為“高強度鋁合金的3D列印”的文章。 HRL Labs 通過引入控制凝結的成核劑奈米顆粒並將它們組裝到 7075 和 6061 系列鋁合金粉末上,解決了 3D 列印過程中產生的大柱狀晶粒和週期性裂紋。 在用成核劑進行功能化後,發現這些以前無法3D列印的高強度鋁合金,不僅可以用SLM技術成功加工,而且實現了無裂紋、等軸、細晶粒的微觀結構,從而使材料強度與鍛造材料相當。

奈米顆粒被組裝到金屬粉末上。

基於這項研究,HRL推出了商業化的高強度鋁合金7A7750/7a77.60L,於2019年投放市場,並獲得了第乙個客戶——美國宇航局; 2022年,該材料被美國陸軍用於3D列印***零件; 2023年7A7760L 被批准用於一級方程式賽車。 此外,該材料還用於製造熱交換器。

2023 年 4 月,NASA 技術團隊在《自然》雜誌上發表了一篇關於新開發的 GRX-810 高溫合金的研究,題為“為極端環境設計的 3D 可列印合金”,涵蓋了其微觀結構、機械效能以及與當前類似增材製造合金的比較。

新材料是一種氧化物分散強化合金,命名為GRX-810,可承受超過1000公尺的溫度,延展性更強,壽命比最先進的合金長1000倍以上。 該材料主要由Ni-Co-Cr基合金組成,採用綜合計算材料工程技術製造,並採用新的高能混合技術,在粉末粒徑為10-45 m的NiCoCr粉末顆粒上成功塗覆1%重量的Y2O3,借助增材製造工藝將奈米級氧化釔顆粒納入其整個微觀結構中, 從而顯著提高效能。總的來說,這是一種具有優異的耐溫性和抗氧化性的新型材料。

Y2O3 重量百分比塗覆在NicoCR粉末顆粒上。

與以前的合金相比,新材料在1093°C時的抗拉強度提高了35%,延展性提高了三倍。

這種材料的應用進展非常迅速。 2023年上半年,EOS和3D Systems均使用自有金屬3D印表機實現了GRX-810的粉末床雷射3D列印,並驗證了效能。

據美國宇航局2024年1月訊息,GRX-810在工程應用方面取得了新的進展,由這種材料3D列印的液體火箭發動機已經成功進行了熱火測試。 結果發現,與其他測試的合金相比,GRX-810樣品的蠕變強度顯著增加。

GRX-810新型高溫合金3D列印火箭發動機測試成功

GRX-810 3D列印部件。

NASA 優先考慮 GRX-810 合金的早期材料開發,以建立滿足預期機械和熱物理效能的最佳工藝引數。 同時,在GRX-810推進的初始階段,重點放在元件開發上,以驗證預期的複雜幾何形狀是否能夠成功構建。 GRX-810 適用於各種應用,特別是熱交換器、渦輪機械和在高熱通量環境中執行的部件。 在液體火箭發動機的背景下,具體應用包括設計用於減輕塗層面板的噴射器、再生冷卻噴嘴和渦輪幫浦。 圖 7 顯示了乙個選擇示例。 美國宇航局使用GRX-810建造了渦輪葉盤,內部表徵的導流板,噴油器,再生冷卻噴嘴,渦輪葉盤和渦輪葉片,帶有整體埠,使用雷射粉末床熔化工藝。

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