Indirekte Herstellung von Lattice Metals mit Dünnschliffen Mit Schleuderguss

Das übergeordnete Ziel dieses Videos ist es, den Prozess des Füllens eines zellulären Mikrokavators mit geschmolzenem Metall für die Herstellung von Gittermetallen durch Schleuderguss zu demonstrieren. Diese Nachricht kann helfen, wichtige Fragen zu beantworten, z. B. wie die Prozessparameter, die Materialeigenschaften des geschmolzenen Metalls und die Geometrie des Gitterformhohlraums mit der Strömung und Erstarrung beim schnellen Mikroguss korrelieren. Diese Technik ergänzt den direkten 3D-Druck von massiven Metallen bei der Herstellung von Gittermetallen und erweitert die Materialauswahl im Designraum von Gittermetallen.

Heute werde ich das Verfahren mit dem Doktoranden Jiwon Mun demonstrieren. Zeichnen Sie zur Vorbereitung ein Opfermuster einer Oktett-Fachwerkstruktur mit einem Angusssystem unter Verwendung einer computergestützten Konstruktionssoftware. Dieses integrierte Muster einer Oktett-Fachwerkstruktur mit einem Angusssystem wird beim Gießen aufgeschmolzen.

Erfassen Sie mit der CAD-Software das Volumen des Opfermusters, um die erforderliche Metallmasse zu berechnen. Fahren Sie nach dem Drucken des Acrylmodells mit dem Gießprozess fort, der im Textprotokoll beschrieben ist. Der nächste Schritt ist das Ausschmelzen des Stützmaterials.

Anschließend werden die Rückstände des Stützmaterials weiter entfernt. Dann wird das Muster zusammengesetzt. Nach der Montage wird ein Einbettmischprozess durchgeführt.

Achten Sie darauf, alle Klumpen in der Einbettwassermischung zu entfernen. Als nächstes kommt der Burnout-Prozess. Stellen Sie zunächst die Zeit am Ofen gemäß dem Heiz- und Kühlplan ein.

Bei einem Kolben dieser Größe dauert das Ausbrennen sechs Stunden. Schalten Sie nun den Ofen ein und starten Sie den Burnout-Zeitplan. Während des Burnouts schmilzt das Opfermuster und dissoziiert in ein Gas.

Fahren Sie nun mit dem in den nächsten beiden Abschnitten beschriebenen Gießprozess fort. Stellen Sie vor dem Start sicher, dass sich der Arm der Schleudergießmaschine mit einer Winkelgeschwindigkeit von 425 U/min dreht. Finden Sie die für diese Geschwindigkeit erforderliche Einstellung mit einem Drehzahlmesser.

Wählen Sie einen Keramiktiegel aus, um jede Legierung zu schmelzen. Zerkleinern Sie die Legierungen mit einem Metallschneider in 10 bis 20 Millimeter große Stücke. Zerkleinern Sie etwa 150 Gramm jeder Legierung, die in diesem Fall Aluminium und Kupfer sind.

Wiegen Sie nun die genaue Masse jeder Legierung ab, die für das Gitterdesign benötigt wird. Der Modellhohlraum muss exakt bis zur Kapazitätsgrenze mit geschmolzener Legierung gefüllt werden. Halten Sie nun einen Eimer Wasser bei Raumtemperatur bereit.

30 Liter sind ausreichend. Ziehen Sie als nächstes schwer entflammbare Kleidung an und ziehen Sie Handschuhe und Schutzbrille an. Nehmen Sie nun die Gipsform vorübergehend aus dem Ofen.

Setzen Sie es in die Kolbenhalterung der Schleudergießmaschine ein und balancieren Sie den Arm der Zentrifuge aus. Setzen Sie dann die Gipsform wieder in den Ofen ein und beginnen Sie, die Maschine auf 482 Grad Celsius zu erhitzen. Legen Sie in der Zwischenzeit den Tiegel in den Tiegelhalter und laden Sie die gehackte Legierung in den Tiegel.

Stellen Sie als Nächstes den Acetylenbrenner auf. Öffnen Sie das Ventil des angeschlossenen Sauerstofftanks und halten Sie den Gasdruck in der Nähe von 96,5 Kilopascal oder 14 PSI. Zünden Sie dann den Brenner vorsichtig an und steuern Sie die Intensität der Flamme mit dem Gasdruck.

Seien Sie sehr vorsichtig. Die Flamme erreicht eine Temperatur von bis zu 1.200 Grad Celsius. Schmelzen Sie nun die gehackte Legierung vorsichtig im Tiegel, bis sie vollständig verflüssigt ist.

Rühre die Legierung mit einem Kohlestab um und schmelze sie mit dem neutralen Teil der Flamme des Brenners. Das richtige Schmelzen des Metalls ist entscheidend, denn wenn das Metall zu kühl ist, füllt es nicht die gesamte Form aus. Wenn es jedoch zu heiß ist, führt die zunehmende Porosität zu strukturellen Problemen.

Nehmen Sie nun die vorgewärmte Gipsform aus dem Ofen und laden Sie sie in den Kolbenhalterungsarm neben dem Tiegel mit der geschmolzenen Legierung. Schließen Sie die Abdeckung der Maschine und lassen Sie den Arm mindestens drei Minuten lang drehen. Die Maschine beginnt sich automatisch zu drehen, wenn die Abdeckung geschlossen wird.

Etwa 420 U/min erzeugen eine Einlassgeschwindigkeit am Formhohlraum von 8,03 Metern pro Sekunde, die durch die makroskopische Partikeldynamik und die Winkelgeschwindigkeit berechnet wird. Unterbrechen Sie nach drei Minuten die Stromversorgung der Schleudergießmaschine. Öffnen Sie dann den Deckel und entfernen Sie mit einer Zange die Gipsform von der Kolbenhalterung

Lassen Sie die Form 15 bis 20 Minuten bei Raumtemperatur abkühlen, bis die Farbe der Legierung wieder die ihrer festen Phase annimmt. Dann die Gipsform im Wassereimer mit einer Zange etwa fünf Minuten lang abschrecken. Wenn die Form nahe Raumtemperatur hat, wird sie vollständig abgeschreckt.

Um nun das Gittermetall in der Form zu erhalten, lösen Sie die Form einfach in Wasser auf. Die Jibsen-Form löst sich innerhalb von zwei Minuten leicht auf. Eine Nachbearbeitung ist nun möglich, wie z.B. die Reinigung durch Sandstrahlen, die im Textprotokoll beschrieben ist.

Achten Sie darauf, den beschriebenen Sandstrahldruck zu verwenden, da die Formen etwas zerbrechlich sind, insbesondere das Aluminium-Oktettbinder, das dünnwandig ist. Unter Verwendung der im Protokollabschnitt beschriebenen indirekten additiven Fertigung wurden Aluminium- und Kupferlegierungen zur Herstellung von Oktett-Fachwerkmetallen verwendet. Der Burnout-Prozess wurde sechs Stunden lang durchgeführt, um das Opfermuster auszuschmelzen.

Nach dem Schleudergussverfahren waren die Endprodukte Oktett-Fachwerkmetalle, die aus Aluminium- und Kupferlegierungen hergestellt wurden. Die geschmolzene Aluminiumlegierung füllte den gesamten Gitterformhohlraum vollständig aus, ohne dass es zu Fehlläufen kam. Auf der anderen Seite schien die geschmolzene Kupferlegierung einen Gussfehler zu haben, der durch vorzeitige Erstarrung in der frühen Phase der Injektion von geschmolzenem Metall am Einlass verursacht wurde.

Nachdem Sie sich dieses Video angesehen haben, sollten Sie ein gutes Verständnis für die Auswirkungen von Prozessparametern auf die Füllung von geschmolzenem Metall in den zellulären Mikrohohlraum haben, indem Sie die indirekte Herstellung von Gittermetallen durch Schleuderguss durchführen. Nach ihrer Entwicklung ebnete diese Technik den Weg für Forscher auf dem Gebiet der Gittermetalle, die indirekte Fertigung zu erforschen, indem sie den 3D-Druck von Polymeren mit dem Schleuderguss kombinierte.