Fabrication indirecte de Lattice Metals avec sections minces utilisant Coulée centrifuge

L’objectif général de cette vidéo est de démontrer le processus de remplissage d’une microcavité cellulaire avec du métal en fusion pour la fabrication de métaux en réseau par coulée centrifuge. Ce message peut aider à répondre à des questions clés telles que la corrélation entre les paramètres du procédé, les propriétés du matériau du métal en fusion et la géométrie de la cavité du moule en treillis avec l’écoulement et la solidification dans la microcoulée rapide. Cette technique complète l’impression 3D directe massive de métaux, dans la fabrication de métaux de treillis, et élargit la sélection de matériaux dans l’espace de conception de métaux de treillis.

Aujourd’hui, je vais faire une démonstration de la procédure avec le doctorant Jiwon Mun. En préparation, dessinez un motif sacrificiel d’une structure de treillis d’octet avec un système de grappes à l’aide d’un logiciel de conception assistée par ordinateur. Ce motif intégré d’une structure de treillis d’octuor avec un système de carottes est fondu pendant le coulage.

À l’aide du logiciel de CAO, enregistrez le volume du motif sacrificiel pour calculer la masse métallique requise. Après l’impression du modèle acrylique, procédez au processus de coulée, qui est détaillé dans le protocole de texte. L’étape suivante est la fonte du matériau de support.

Ensuite, les résidus de matériau de support sont encore éliminés. Ensuite, le motif est assemblé. Après son assemblage, un processus de mélange de l’investissement est effectué.

Assurez-vous d’enlever tous les grumeaux dans le mélange d’eau de placement. Ensuite, il y a le processus d’épuisement professionnel. Pour commencer, réglez l’heure sur le four en fonction du programme de chauffage et de refroidissement.

Pour une fiole de cette taille, l’épuisement prendra six heures. Maintenant, allumez la fournaise et démarrez le programme de brûlage. Pendant l’épuisement, le motif sacrificiel fond et se dissocie en un gaz.

Poursuivez maintenant le processus de coulée décrit dans les deux sections suivantes. Avant de commencer, assurez-vous que le bras de la machine de coulée centrifuge tourne à une vitesse angulaire de 425 tr/min. Trouvez le réglage nécessaire pour cette vitesse à l’aide d’un tachymètre.

Sélectionnez un creuset en céramique pour faire fondre chaque alliage. À l’aide d’un coupe-métal, coupez les alliages en morceaux de 10 à 20 millimètres. Hachez environ 150 grammes de chaque alliage, qui dans ce cas sont de l’aluminium et du cuivre.

Maintenant, pesez la masse précise de chaque alliage nécessaire à la conception du réseau. La cavité du motif doit être remplie avec précision à pleine capacité avec un alliage fondu. Maintenant, préparez un seau d’eau à température ambiante.

30 litres suffisent. Ensuite, mettez des vêtements ignifuges et mettez des gants et des lunettes de protection. Maintenant, sortez temporairement le moule en plâtre du four.

Placez-le dans le berceau du ballon de la machine de coulée centrifuge et équilibrez le bras de la centrifugeuse. Ensuite, remettez le moule en plâtre dans le four et commencez à chauffer la machine à 482 degrés Celsius. Pendant ce temps, placez le creuset dans le support de creuset et chargez l’alliage haché dans le creuset.

Ensuite, installez la torche à acétylène. Ouvrez la vanne de la bouteille d’oxygène connectée et maintenez la pression du gaz à près de 96,5 kilopascals ou 14 PSI. Ensuite, allumez soigneusement la torche et contrôlez l’intensité de la flamme avec la pression du gaz.

Soyez très prudent. La flamme atteint jusqu’à 1 200 degrés Celsius. Maintenant, faites fondre soigneusement l’alliage haché dans le creuset jusqu’à ce qu’il soit complètement liquéfié.

Utilisez une tige de carbone pour remuer l’alliage et faites-le fondre avec la partie neutre de la flamme de la torche. La bonne fusion du métal est essentielle, car si le métal est trop froid, il ne remplira pas toute la forme. Mais, s’il fait trop chaud, la porosité croissante causera des problèmes structurels.

Maintenant, sortez le moule en plâtre préchauffé du four et chargez-le dans le bras de maintien du berceau de la fiole à côté du creuset avec l’alliage fondu. Fermez le couvercle de la machine et laissez le bras tourner pendant au moins trois minutes. La machine commence à tourner automatiquement lorsque le couvercle est fermé.

Environ 420 tr/min créent une vitesse d’entrée à la cavité du moule de 8,03 mètres par seconde, calculée par la dynamique des particules macroscopiques et la vitesse angulaire. Après trois minutes, coupez l’alimentation de la machine de coulée centrifuge. Ensuite, ouvrez le couvercle et, à l’aide de pinces, retirez le moule en plâtre du berceau du flacon.

Laissez refroidir le moule à température ambiante pendant 15 à 20 minutes, jusqu’à ce que la couleur de l’alliage revienne à celle de sa phase solide. Ensuite, à l’aide de pinces, trempez le moule en plâtre dans le seau d’eau pendant environ cinq minutes. Lorsque le moule est proche de la température ambiante, il est complètement trempé.

Maintenant, pour obtenir le métal en treillis à l’intérieur du moule, il suffit de dissoudre le moule dans l’eau. Le moule Jibsen se dissoudra facilement en deux minutes. Le post-traitement est désormais possible, comme le nettoyage par sablage, qui est décrit dans le protocole texte.

Assurez-vous d’utiliser la pression de sablage décrite car les moules sont quelque peu fragiles, en particulier la ferme d’octet en aluminium qui a des parois minces. En utilisant la fabrication additive indirecte décrite dans la section sur le protocole, des alliages d’aluminium et de cuivre ont été utilisés pour fabriquer des métaux de treillis d’octet. Le processus de combustion a été effectué pendant six heures pour faire fondre le motif sacrificiel.

Après le processus de coulée centrifuge, les produits finaux étaient des métaux de treillis d’octet fabriqués avec des alliages d’aluminium et de cuivre. L’alliage d’aluminium fondu a entièrement rempli toute la cavité du moule en treillis sans erreur. D’autre part, l’alliage de cuivre fondu semblait présenter un défaut de coulée causé par une solidification prématurée au stade précoce de l’injection de métal en fusion à l’entrée.

Après avoir regardé cette vidéo, vous devriez avoir une bonne compréhension de l’effet des paramètres de processus sur le remplissage de métal en fusion dans une microcavité cellulaire, en effectuant une fabrication indirecte de métaux en réseau à l’aide de la coulée centrifuge. Après son développement, cette technique a ouvert la voie aux chercheurs dans le domaine des métaux de réseau pour explorer la fabrication indirecte, en combinant l’impression 3D de polymères avec la coulée centrifuge.