Fabbricazione indiretta di Lattice metalli con sezioni sottili Utilizzando Fusione centrifuga

L'obiettivo generale di questo video è dimostrare il processo di riempimento di una microcavità cellulare con metallo fuso per la fabbricazione di metalli reticolari mediante fusione centrifuga. Questo contributo può aiutare a rispondere a domande fondamentali, come ad esempio in che modo i parametri del processo, le proprietà del materiale del metallo fuso e la geometria della cavità dello stampo reticolare siano correlati al flusso e alla solidificazione nella microfusione rapida. Questa tecnica integra la stampa 3D diretta di metalli su larga scala nella produzione di metalli reticolari ed espande la scelta dei materiali nello spazio progettuale dei metalli reticolari.

Oggi, dimostrerò la procedura insieme alla studentessa dottoranda Jiwon Mun. In preparazione, disegnare un modello sacrificabile di una struttura a traliccio ottaedrico con un sistema di canali di alimentazione utilizzando un software di progettazione assistita da computer. Questo modello integrato di una struttura a traliccio ottaedrico con sistema di canali di alimentazione viene fuso durante la colata.

Utilizzando il software CAD, registrare il volume del modello sacrificabile per calcolare la massa di metallo necessaria. Dopo aver stampato il modello in acrilico, procedere con il processo di fusione, descritto dettagliatamente nel protocollo testuale. Il passaggio successivo è la fusione del materiale di supporto.

In seguito, il residuo del materiale di supporto viene ulteriormente rimosso. Successivamente, il modello viene assemblato. Dopo l'assemblaggio, si esegue un processo di miscelazione dell'investimento.

Assicurarsi di rimuovere tutti i grumi dalla miscela di acqua e investimento. Successivamente, si procede con il processo di sinterizzazione. Per iniziare, impostare il tempo nel forno in base al programma di riscaldamento e raffreddamento.

Per un crogiolo di questa dimensione, la combustione richiederà sei ore. Ora, accendere il forno e avviare il programma di combustione. Durante la combustione, il modello sacrificale si fonde e si dissocia in un gas.

Ora, proseguire con il processo di colata descritto nelle prossime due sezioni. Prima di iniziare, assicurarsi che il braccio della macchina per la colata centrifuga ruoti con una velocità angolare di 425 giri al minuto. Determinare l'impostazione necessaria per questa velocità utilizzando un tachimetro.

Scegliere un crogiolo in ceramica per fondere ogni lega. Utilizzando un taglierino metallico, tagliare le leghe in pezzi da 10 millimetri a 20 millimetri. Tagliare circa 150 grammi di ciascuna lega, che in questo caso sono alluminio e rame.

Ora, pesare con precisione la massa di ciascuna lega necessaria per il design del reticolo. La cavità del modello deve essere riempita esattamente alla capacità con la lega fusa. Ora, preparare un secchio d'acqua a temperatura ambiente.

30 litri sono sufficienti. Successivamente, indossare abiti ignifughi e mettere guanti e occhiali protettivi. Ora, rimuovere temporaneamente lo stampo in gesso dal forno.

Posizionarlo nel supporto del matraccio della macchina per la colata centrifuga e bilanciare il braccio della centrifuga. Successivamente, riposizionare nuovamente il modello in gesso nel forno e avviare il riscaldamento della macchina fino a 482 gradi Celsius. Nel frattempo, posizionare il crogiolo nel suo supporto e caricare l'lega tagliata all'interno del crogiolo.

Successivamente, preparare la torcia ad acetilene. Aprire la valvola della bombola di ossigeno collegata e mantenere la pressione del gas intorno a 96,5 chilopascal o 14 PSI. Quindi, accendere con attenzione la torcia e regolare l'intensità della fiamma mediante la pressione del gas.

Siate molto cauti. La fiamma raggiunge temperature fino a 1.200 gradi Celsius. Ora, sciogliere con attenzione la lega tritata nel crogiolo fino a quando non è completamente liquefatta.

Utilizzare una bacchetta di carbonio per mescolare l'lega e fondere con la parte neutra della fiamma del cannello. La fusione corretta del metallo è fondamentale, poiché se il metallo è troppo freddo, non riempirà completamente la forma. Tuttavia, se è troppo caldo, l'aumentata porosità causerà problemi strutturali.

Ora, prelevare lo stampo in gesso preriscaldato dal forno e posizionarlo nel braccio di supporto del crogiolo vicino al crogiuolo contenente l'lega fusa. Chiudere il coperchio della macchina e lasciare che il braccio ruoti per almeno tre minuti. La macchina inizia a ruotare automaticamente quando il coperchio viene chiuso.

Circa 420 giri al minuto generano una velocità di ingresso nella cavità dello stampo di 8,03 metri al secondo, come calcolato mediante la dinamica macroscopica delle particelle e la velocità angolare. Dopo tre minuti, spegnere l'alimentazione della macchina per la fusione centrifuga. Successivamente, aprire il coperchio ed estrarre lo stampo in gesso dal crogiolo utilizzando delle pinze.

Lasciare raffreddare lo stampo a temperatura ambiente per 15-20 minuti, fino a quando il colore della lega non ritorna a quello della sua fase solida. Successivamente, utilizzando delle pinze, immergere rapidamente lo stampo in gesso nel secchio d'acqua per circa cinque minuti. Quando lo stampo raggiunge una temperatura prossima a quella ambiente, il raffreddamento è completato.

Ora, per ottenere il metallo sagomato all'interno dello stampo, sciogliere semplicemente lo stampo in acqua. Lo stampo Jibsen si scioglierà facilmente entro due minuti. È ora possibile eseguire operazioni di post-elaborazione, come la pulizia mediante sabbiatura, descritta nel protocollo testuale.

Assicurarsi di utilizzare la pressione di sabbiatura descritta poiché gli stampi sono piuttosto fragili, in particolare la trave a traliccio ottagonale in alluminio che presenta pareti sottili. Utilizzando la produzione additiva indiretta descritta nella sezione del protocollo, sono state impiegate leghe di alluminio e rame per fabbricare strutture metalliche a traliccio ottagonale. Il processo di sinterizzazione è stato eseguito per sei ore per rimuovere lo stampo sacrificale mediante fusione.

Dopo il processo di fusione centrifuga, i prodotti finali erano strutture reticolari a traliccio ottagonali realizzate con leghe di alluminio e rame. La lega di alluminio fusa ha completamente riempito tutta la cavità dello stampo reticolare senza difetti di riempimento. D'altra parte, la lega di rame fusa ha mostrato un difetto di fusione causato da una solidificazione prematura nella fase iniziale dell'iniezione del metallo fuso all'ingresso.

Dopo aver visionato questo video, si dovrebbe avere una buona comprensione dell'effetto dei parametri del processo sul riempimento del metallo fuso all'interno di microcavità cellulari, mediante la fabbricazione indiretta di metalli reticolari utilizzando la fusione centrifuga. Dopo il suo sviluppo, questa tecnica ha aperto la strada ai ricercatori nel campo dei metalli reticolari per esplorare la fabbricazione indiretta, combinando la stampa 3D di polimeri con la fusione centrifuga.