Un metodo indiretto fabbricazione additivo combinando una stampa 3D di polimeri con una colata centrifuga è delineato per fabbricazione metalli reticolari 3D ottetto (Al e Cu leghe) di lunghezza cella unitaria di 5 mm con uno spessore di 0,5 mm.
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Articolo metodologico
Un metodo indiretto fabbricazione additivo combinando una stampa 3D di polimeri con una colata centrifuga è delineato per fabbricazione metalli reticolari 3D ottetto (Al e Cu leghe) di lunghezza cella unitaria di 5 mm con uno spessore di 0,5 mm.
Uno dei metodi tipici per la fabbricazione di metalli reticolo 3D è il processo di fabbricazione di metallo diretta additivo (AM) come Selective Laser Melting (SLM) e fusione Electron Beam (EBM). Nonostante la sua capacità di elaborazione potenziale, il metodo AM diretta ha diversi svantaggi quali costo elevato, scarsa finitura superficiale dei prodotti finali, limitazione nella scelta dei materiali, elevati stress termici, e proprietà anisotrope di parti. Noi proponiamo un metodo conveniente per la produzione di metalli reticolo 3D. L'obiettivo di questo studio è fornire un protocollo dettagliato sulla fabbricazione di metalli reticolari 3D di forma complessa e spessore di parete sottile, ad esempio, capriata ottetto fatti di Al e Cu leghe aventi lunghezza cella unitaria di 5 mm e spessore della parete cellulare di 0,5 mm. Una procedura sperimentale complessiva è divisa in otto sezioni: (a) stampa 3D dei modelli sacrificali (b) scioglie su materiali di supporto (c) rimozione di residui di materiale di supporto (d) assembl reticoloy (e) gli investimenti (f), burn-out dei modelli sacrificali (g) colata centrifuga (h) post-trasformazione dei prodotti finali. La tecnica AM indiretta suggerito fornisce il potenziale per la produzione di metalli reticolo ultra-leggero,. Ad esempio, strutture a traliccio con leghe di Al. Risulta che i parametri di processo devono essere adeguatamente controllati seconda dei materiali e della geometria reticolare, osservando i prodotti finali di metalli ottetto travatura dalla tecnica AM indiretta.
Metalli cellulari sono i metalli costituiti da una rete interconnessa di puntoni solidi o piastre e hanno complessi micro-architetture con vuoti 1. Gli esempi includono sia i) schiume stocastici strutturati in modo casuale e ii) periodicamente ordinato bidimensionali () favi 2D e tridimensionali (3D strutture reticolari) reticolari. Hanno ricevuto attenzione a causa della loro elevata rigidità specifica e resistenza 1-3 e alta resilienza specifica 4-5, eccellente assorbimento di energia all'impatto di caricamento 6, isolamento acustico 7, possibile progettazione di dissipatori di calore e scambiatori di calore 8. In particolare, strutture a traliccio periodicamente ordinate hanno il potenziale per ingegnerizzare le proprietà superiori con una capacità di controllare la geometria della rete porosa interna.
A causa della loro complessa geometria interna rete porosa, è difficile fabbricare metalli cellulari usando l'machinin sottrattiva convenzionaleg. Come tale, i ricercatori hanno iniziato a cercare metodi alternativi per fabbricare metalli cellulari: la formazione di gas nel metallo liquido o mescolando polvere di metallo con agenti espandenti sono stati esplorati per la produzione di forme di metallo stocastici 9. A causa della mancanza di controllo sulla topologia cellulare, è difficile adattare le proprietà meccaniche. In alternativa, i metodi di produzione di metalli cellulari periodicamente ordinate sono stati esplorati: stampaggio lamiere sottili di metallo in una forma ondulata seguita da unirsi a loro per creare strutture periodiche 10, incollaggio a taglio lamiere 11, estrusione 12, la tessitura e ardente filamenti metallici per fabbricare tessuti 13. Anche se questi metodi di fabbricazione offrono modelli ripetibili, i modelli sono ancora limitate nella direzione planare. Nel tentativo di generare modello ripetizione 3D, i ricercatori hanno iniziato a utilizzare la produzione additiva (AM), ad esempio, laser selettiva Melting (SLM) 14, Electron Beam Melting (EBM) 15, e Direct-Metal sinterizzazione laser (LMD) 16. Nonostante la loro capacità di fabbricare 3D ordinato geometrie reticolari complesse, esistono ancora alcune limitazioni: difficoltà utilizzo di metalli ad elevata conducibilità termica ed elevata riflettività ottica 17, ad alta tensione residua termico 18, scarsa finitura superficiale con il fenomeno 'balling' durante laser o electron fusione 19, proprietà anisotrope 20-21 di parti causati da un effetto combinato della fabbricazione stratificato, formazione anisotropo di grani, granulometria, potenza e velocità di scansione del laser o fascio di elettroni 15, un elevato consumo di energia, ecc.
Combinando AM basato polimero con colata di metallo può fornire un metodo alternativo per la fabbricazione di metalli reticolari. Si può chiamare questa "AM indiretto". Indiretta AM può fornire una soluzione per superare i problemi tecnici di AM diretta dei metalli di cui sopra. Diversi tentativi sono stati made per la fabbricazione di metalli reticolo usando indiretta AM dell'incontro fra la stampa 3D di polimeri con colata a gravità basato 22-25, ad esempio, una fusione a cera persa in combinazione con Fused Deposition Modeling (FDM) per fabbricare una lega reticolo 22-25 o colata in sabbia combinata con una polvere di sabbia basato AM 23. Il casting a gravità sembra rimanere una sfida tecnica per superare - misrun e porosità causata da improvvisa solidificazione di metalli fusi quando si incontrano strutture di rete con spigoli vivi di stampi strutturali reticolari 25-26. Relativamente grande superficie di stampi strutturali reticolari appare anche contribuire al repentino raffreddamento, con conseguente solidificazione prematura 25-26.
In questo studio, proponiamo un AM indiretta alternativa che può superare la misrun durante la fabbricazione di metalli reticolo - colata centrifuga ad una cavità di stampo grata fatta da un reticolo reticolo polimerico sacrificale 3D stampata. Usiamo un digitaleLight Processing (DLP) metodo di stampa 3D basato per costruire un modello sacrificale strutturale reticolare seguito da colata centrifuga di Al e Cu leghe. L'obiettivo di questo studio è fornire un protocollo dettagliato sulla fabbricazione di metalli reticolari 3D di forma complessa e spessore di parete sottile. Il contributo principale di questo processo è quello di fornire la possibilità di estendere la selezione dei materiali basso costo di fabbricazione per la produzione di metalli reticolari.
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1. Progettazione di Experiment
2. Realizzazione di modello sacrificale
3. Realizzazione di Mold
4. Post-elaborazione per Final Prodotti di Octet Truss Metalli
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Utilizzando la fabbricazione additiva indiretta descritta nella sezione del protocollo, Al e Cu leghe sono stati usati per metalli fabbricazione ottetto reticolari, come mostrato in Figura 1 La tecnica di fusione intera è riassunto in Figura 2 La procedura consiste di otto sezioni:.. (A) sacrificale modello di stampa (b) di fusione di materiale di supporto (c) rimozione di residui di materiale di supporto (d) gruppo di modello (e) investimenti (f) burn-o...
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Per colata di metallo convenzionale, è importante mantenere il flusso del metallo fuso FLUIDITÀ in 'laminare' nella cavità dello stampo e piuttosto evitare un flusso irregolare e agitata generalmente osservata in flusso turbolento 27. Pertanto, è importante progettare correttamente l'ingresso del sistema materozza associato alla velocità di rotazione di un braccio di centrifugazione per mantenere il flusso di metallo fuso all'interno della cavità dello stampo lattice 'laminare'.
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Gli autori non hanno nulla da rivelare.
Questo studio ha ricevuto il sostegno della ricerca Initiation Grant (RIG) del Vice Presidente per la Ricerca e lo Sviluppo Economico presso l'Università del North Texas (UNT). Gli autori ringraziano anche KCIS Co. Ltd per sostenere in parte questo studio. Il sostegno da PACCAR Technology Institute at UNT per il successo di questa pubblicazione è molto apprezzato.
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| Nome | Azienda | Numero di catalogo | Commenti |
|---|---|---|---|
| Macchina di colata centrifuga motorizzata | Rey Macchina di colata centrifuga motorizzata, Rey Industries Inc. | Prodotto negli Stati Uniti da Rey industries, Inc. Dallas, TX 75220 | |
| Polvere di gesso | Satin Cast 20, FindingKing Kerr | 7960 | La polvere di gesso viene utilizzata per realizzare la miscela di investimento |
| Stampante 3D Ployjet | Projet HD3500 Plus, 3D Systems | Questa stampante 3D a base di polimeri per stampare il modello sacrificale per la fusione. | |
| Materiali della cartuccia - Plastica acrilica UV polimerizzabile e calcinabile | VisiJet Procast, 3D Systems | Si tratta di materiale calcinabile che verrà bruciato prima della fusione | |
| Materiali della cartuccia - materiale di supporto | VijiJet S300, 3D Systems | Si tratta di materiale di supporto che verrà rimosso prima dell'assemblaggio del modello | |
| Grani di colata in bronzo antico | Rio Grande | 706051 | Questo vero grano di bronzo non contiene zinco. Altamente fluido, si scioglie rapidamente, lancia in modo pulito e offre un buon equilibrio tra resistenza e durata. Il colore caldo e bronzo intenso ha ricche sfumature rosse e la lega assume una buona patina. La composizione è 90% di rame con una quantità di stagno; rientra nella categoria CDA#90700. Questo grano è venduto in confezioni da 1 libbra. |
| Filo tondo in alluminio, bobina da 1/8", 1 libbra, Dead Soft | Rio Grande | 134700 | Leggero e resistente, il filo di alluminio è una scelta economica e versatile. Non così bianco come l'argento, l'alluminio offre un tono più caldo molto simile a quello del platino. Saldare SOLO con saldature a bassa temperatura come Stay-Brite; Adatto sia per la saldatura ad arco pulsato che per la saldatura laser. Questo filo di alluminio di qualità è confezionato in bobine da 1 libbra. |
| Software di progettazione assistita da computer (Pro-e) | Questo software può essere sostituito con altri come Auto CAD, Catia e così via. | ||
| ProJet Finisher 1-A | 3D Systems | Questa macchina viene utilizzata per fondere il materiale di supporto. | |
| Pulitore digitale ad ultrasuoni da 160 Watt 2,5 litri con timer Anelli riscaldanti Strumenti | Chicago, elettrico, utensili | Capacità di 85 once, cinque cicli di pulizia: 90, 180, 280, 380 e 480 secondi, pulire con o senza calore, timer digitale a LED di facile lettura, finestra di visione chiara | |
| Ventola | Honeywell Inc. | HT-800 | 120 V A.C., 60 Hz., 0,85 A. TP |
| Cera di paraffina per foglio cerato - Foglio cerato rosa da modellista, 3" per 6", 24-Ga. | per fogli | di 700075 Rio Grande | è flessibile e può essere tagliata o modellata in qualsiasi forma. Esso' è ideale per la progettazione poiché è possibile disegnare o tracciare direttamente sul foglio; Scegli il verde o il rosa a seconda di quale mostrerà meglio i tuoi disegni. Gli elevati standard di produzione garantiscono un'eccezionale uniformità e un notevole risparmio sui prezzi. Il valore è accresciuto da quantità di confezioni maggiori allo stesso prezzo delle confezioni più piccole disponibili altrove. Ogni confezione da 8 once contiene circa 30 fogli. |
| Cera di paraffina per bastoncino di cera - Cera di colata rossa media per modellisti, 8-Ga | Rio Grande | 700741 | Una cera di colata flessibile e più morbida rispetto al blu solido. Ottimo per formare cancelli e canali di colata e brucia in modo pulito senza residui. |
| Lampada ad alcool | Rio Grande | 700008 | Utilizzare questa lampada per riscaldare gli strumenti per la lavorazione della cera o come lucidatrice a fiamma. Il pesante serbatoio in vetro ha i lati sfaccettati per consentirne l'inclinazione per l'angolazione della fiamma. Una regolazione a vite per lo stoppino da 7" x 3/16" controlla l'altezza della fiamma. Un tappo di sicurezza spegne la fiamma e impedisce l'evaporazione del carburante. Per la migliore fiamma, utilizzare carburante con alcol metilico. Stoppini di ricambio disponibili. Il serbatoio contiene 5 once (150 ml) di carburante. |
| Set di strumenti per intagliare la cera - Intagliatori di cera Soft Grip, set di 10 | 700329 Rio Grande | Questo set in scatola offre il meglio della tecnologia di taglio e modellatura. Ognuno di questi dieci strumenti per intagliare la cera in acciaio di alta qualità è dotato di un'impugnatura rivestita in PVC da 5/16" che garantisce una presa sicura e confortevole durante ore di lavoro e tutti hanno bordi affilati per modellare e dettagliare finemente. Affila o personalizza ogni strumento in base alle tue esigenze. Questi utensili forniscono un'eccezionale resistenza dell'utensile e forniscono risultati eccellenti. Questo set viene fornito in una scatola di legno incernierata e rivestita in schiuma. | |
| Ciotola in gomma, 1 - 1/2 qt. | Rio Grande | 702131 | Questa ciotola in gomma vulcanizzata altamente flessibile è facile da impugnare, non si rovina con una spatola e si pulisce con facilità. |
| Bicchiere in Pyrex, 1.000 ml | Rio Grande | 335040 | Ideale per contenere e riscaldare le soluzioni di placcatura del bagno, questo becher in vetro Pyrex originale è robusto e durevole. |
| Pallone in acciaio inossidabile Rio Premium, 2 - 1/2" Ø. | Rio Grande | 70201514 | Questo solido pallone in acciaio inossidabile di qualità #304 è resistente alla corrosione, durevole per una lunga durata e funziona a temperature estreme senza distorsioni. |
| Crogiolo per colata in ceramica CAST/T, 450 g | Rio Grande | 705047 | Realizzato esclusivamente per la macchina per colata centrifuga CAST/T, questo crogiolo è progettato con una base angolata che scorre nella staffa incernierata sulla parte superiore della macchina per colata. In questo modo il crogiolo è perfettamente allineato con il centro dell'anello del pallone per garantire un versamento senza errori. |
| MyWeigh iBalance 300 Bilancia Digitale | Rio Grande | 116850 | Questa bilancia viene utilizzata per misurare il peso del sistema sacrificale e di materozza per metallo che verrà utilizzato per la colata centrifuga. |
| Fondo in gomma - Base per anello per fiaschetta CAST/T | Rio Grande | 705025 | Realizzata appositamente per la macchina di colata centrifuga CAST/T, questa base in gomma si adatta a tutti gli stili di anelli per fiaschetta Table King, creando una tenuta sicura ed ermetica durante tutto il processo di investimento. Il montante centrale si adatta a entrambi gli stili di dischi di cera per una versatilità completa. |
| Scozzese® Nastro adesivo colorato, 1 7/8" x 20 yd., blu | OfficeMax | 22353766 | Questo nastro adesivo viene utilizzato per assicurarsi che la miscela gesso-acqua copra completamente il modello sacrificale assemblato all'interno del pallone, consentendo l'ingresso di materiale extra al di sopra dell'altezza del pallone |
| Macchina per colata sottovuoto - V.I.C. 12 Macchina per la colata di palloni solidi e perforati da tavolo con The Rio Assistant, 110-Volt | Rio Grande | 70511814 | La macchina di colata V.I.C. 12 offre tutte le più recenti innovazioni tecniche per un rivestimento e una colata sottovuoto efficienti e produttivi. Progettata per soddisfare le esigenze delle operazioni di colata di medie dimensioni, questa macchina include una potente pompa per vuoto da 1/2 hp, 5cfm per un aspirazione efficace e risultati di colata eccezionali. Il V.I.C. 12 fonde palloni piccoli o grandi. Include un tavolo adattatore che accetta palloni solidi standard fino a 5" x 7" di altezza ed è montato su piedini in gomma per una maggiore stabilità. |
| Forno per il modello sacrificale di combustione -Forno per smaltatura Rio modello 1000 con nove controller di programma | Rio Grande | 703121 | Il forno per smaltatura Rio è dotato di tre temperature di cottura preimpostate per gli smalti e sei che è possibile definire. Usa l'esclusivo controller Rio per impostare e mantenere le temperature di sparo. Perfetto per tutti i tipi di smaltatura, compresi i pezzi alti. Include un ampio spazio per la cottura e uno sportello facile da chiudere che non urta gli smalti durante l'apertura e la chiusura. Adatto anche per argilla metallica, vetro e ceramica. La cassa in acciaio zincato con mattoni refrattari isolanti per alte temperature li mantiene freschi. Elemento protetto in scanalatura ad incasso. Include istruzioni per l'utente. |
| Sistema completo di acetilene e ossigeno Smith Little Torch | Rio Grande | 500030 | Ottieni tutto ciò di cui hai bisogno per attrezzare la tua officina per la saldatura e la brasatura. Utilizza i sistemi Little Torch per applicazioni di saldatura, brasatura e fusione di oro o argento. Completa ogni lavoro di saldatura e fusione con sicurezza e facilità! Questo sistema accetta tutte le punte degli accessori Little Torch per lavori di fusione, brasatura e saldatura di grandi dimensioni ed è un punto fermo per ogni gioielliere. |
| Grembiule di sicurezza resistente al calore | Rio Grande | 750160 | Il grembiule appositamente progettato ha un 800 ° F (427 ° C) resistenza alla temperatura. La sua finitura riflettente respinge gli schizzi di metallo caldo e aiuta a isolare chi lo indossa dal calore. |
| Guanti resistenti al calore Radnor | Rio Grande | 350050 | Questi guanti flessibili e resistenti al calore sono ideali per i progetti di smaltatura, consentendo di afferrare saldamente anche le pinze più piccole. I guanti blu in pelle spaccata sulle spalle sono realizzati in robusta pelle bovina e foderati in cotone e schiuma e hanno ali per il pollice rinforzate. |
| Occhiali per saldatura in platino, #7 | Rio Grande | 113914 | Proteggi te stesso e i tuoi dipendenti durante la saldatura del platino. Gli occhiali comodi sono dotati di auricolari regolabili e lenti in policarbonato verde IR #7 da 52 mm. L'obiettivo #7 è approvato da The Platinum Guild. |
| Pinze per palloni per impieghi leggeri economici | Rio Grande | 704026 | Costruite in acciaio piegato, queste pinze sono progettate per gestire palloni di diametro 3-1/2" o inferiore. Le tacche ad angolo ridotto consentono di afferrare palloni di dimensioni più piccole e l'area del contorno più ampia e arrotondata trattiene saldamente i palloni più grandi. |
| Benna vaglio di separazione | Rio Grande | 201360 | 15" di diametro, profonda 11-1/2" |
| - Econoline - 101701CB-A - Armadi autoportanti Larghezza di lavoro (pollici): 60 Profondità di lavoro (pollici): 48 | MSC fornitura industriale Co. | 223818 | armadi ree-standing; Larghezza area di lavoro (pollici): 60; Profondità dell'area di lavoro (pollici): 48; Altezza dell'area di lavoro (pollici): 40; Fabbisogno d'aria: 12 CFM @ 80 psi; Larghezza totale dell'armadio (pollici): 65; Profondità massima dell'armadio (pollici): 86 |
| Johnson's Baby Oil Karité & Burro di cacao | Wal-Mart | 260074132 | Questo olio per bambini viene utilizzato per rimuovere i residui del materiale di supporto per il modello sacrificale calcinabile utilizzando il pulitore digitale ad ultrasuoni. |
| Kit telaio per sega e lama per sega tedesca da 4" | Rio Grande | 110112 | I telai di qualità di fabbricazione tedesca sono i nostri telai per seghe più popolari e questo telaio include un pacchetto di campioni di lame per seghe tedesche Rio! Il telaio della sega regolabile consente di ottenere la tensione della lama desiderata. La profondità della gola è di 102 mm (4"). Le lame per seghe hanno il dorso arrotondato che facilita il taglio di curve e angoli e sono realizzate in acciaio temprato e temprato. |
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