ייצור עקיף של סריג מתכות סעיפים דקים באמצעות יציקה צנטריפוגלי

Summary

שיטת ייצור כתוסף עקיפה שילוב הדפסת 3D של פולימרים עם ליהוק צנטריפוגלי המתוארת למתכות מסבך שמיניית 3D ייצור (אל ו Cu סגסוגות) באורך תא יחיד של 5 מ"מ עם עובי דופן של 0.5 מ"מ.

Abstract

אחת השיטות הטיפוסיות לייצור מתכות סריג 3D הוא תהליך הייצור כתוסף ישיר המתכת (AM) כגון סלקטיבי ליזר התכה (SLM) ו אלקטרוני Beam התכה (EBM). למרות יכולת עיבוד הפוטנציאל שלה, שיטת AM הישירה יש כמה חסרונות כגון עלות גבוהה, גימור משטח עני של מוצרים סופיים, הגבלה בבחירת חומר, מתח תרמית גבוה, ומאפיינים איזוטרופי של חלקים. אנו מציעים שיטה חסכונית לייצור מתכות סריג 3D. מטרת מחקר זה היא לספק פרוטוקול מפורט על ייצור של מתכות סריג 3D בעל צורה מורכבת ואת עובי דופן דק; למשל, מסבך השמינייה עשוי מסגסוגת אל ו Cu באורך תא יחידה של 5 מ"מ עובי דופן התא של 0.5 מ"מ. הליך הניסיון הכולל מחולק לשמונה חלקים: (א) הדפסת 3D של דפוסי הקרבה (ב) להמס-אאוט של חומרי עזר (ג) להסרת שאריות של חומרי עזר (ד) דפוס להרכבהy (ה) השקעה (ו) שחיקה של דפוסי הקרבה (ז) ליהוק צנטריפוגלי (ח) שלאחר עיבוד למוצרים סופיים. טכניקת AM העקיפה הציעה מספקת הפוטנציאל לייצר מתכות סריג אולטרה קלות;. למשל, מבני סריג עם סגסוגות אל. נראה כי הגדרת פרמטרי התהליך צריכים להיות נשלטו כראוי בהתאם חומרים וגיאומטרית סריג, התבוננות המוצרים הסופיים של מתכות מסבך שמינייה ידי טכניקת AM העקיפה.

Introduction

מתכות סלולריות הן המתכות המורכבות רשת מחוברים של תמוכות מוצקות או צלחות יש מייקרו-ארכיטקטורות מורכבות עם חללי ^1. דוגמאות כוללות הן i) קצף סטוכסטיים מובנים באופן אקראי ii) הורה מעת לעת דו מימדי (2D) חלות דבש תלת ממדי (3D) מבנים מסבך סריג. הם זכו לתשומת לב עקב קשיחות המסוימת הגבוהה שלהם וכוח ^1-3 וחוסן סגולי גבוה ^4-5, ספיגת אנרגיה מצוינת השפעת טעינה ^6, בידוד אקוסטי ^7, עיצוב אפשרי של dissipaters החום מחליף חום ^8. במיוחד, מבני סריג הורה מהעת לעת יש פוטנציאל להנדס את המאפיינים מעולים עם יכולת לשלוט בגיאומטרית הרשת הנקבובית הפנימית.

בשל גיאומטרית הרשת הנקבובית הפנימית המורכבת שלהם, קשה לייצר מתכות הסלולר באמצעות machinin התוסף הקונבנציונליז. ככזה, חוקרים החלו מחפשים שיטות חלופיות כדי לפברק מתכות הסלולר: להרכיב גז מתכת נוזלית או ערבוב אבקת מתכת עם סוכני נושבת נחקרו לייצור צורות מתכת סטוכסטיים ^9. בשל חוסר שליטה על טופולוגיה התא, קשה להתאים את תכונות מכניות. לחלופין, שיטות ייצור מתכות הסלולר הורה מהעת לעת נחקרו: ביול יריעות דקות של מתכת לתוך צורה גלית ואחריו להצטרף אליהם כדי ליצור מבנים מחזוריים ^10, מליטה מחוררת יריעות מתכת ^11, שחול ^12, אריגת חוטי מתכת לוהטת לפברק טקסטיל ^13. למרות שיטות ייצור אלה מציעות תבניות דיר, הדפוסים עדיין מוגבלים בכיוון מישוריים. במאמץ ליצור החזרה דפוס 3D, החוקרים התחילו להשתמש ייצור כתוסף (PM); למשל, לייזר סלקטיבי התכה (SLM) ^14, אלקטרונים Beam התכה (EBM) 16. למרות היכולת שלהם לפברק 3D הורה גיאומטריות סריג מורכבים, עדיין קיימות מספר מגבלות: קושי באמצעות מתכות עם מוליכות תרמית גבוהות רפלקטיביות אופטית גבוהה ^17, מתח שיורי תרמית גבוה ^18, גימור משטח עני עם התופעה 'balling' במהלך היתוך ליזר או אלקטרונים ^19, נכסי איזוטרופי ^20-21 של חלקים נגרמים על ידי השפעה משולבת של הייצור השכבתי, ההיווצרות איזוטרופי של דגנים, גודל אבקה, כוח ומהירות סריקה של קרן ליזר או אלקטרונים ^15, צריכת אנרגיה גבוהה, וכו '.

שילוב AM מבוסס פולימרים עם יציקת מתכת עשויה לספק שיטה חלופית לייצור מתכות סריג. אפשר לקרוא לזה "AM עקיף". עקיפת AM עשויה לספק פתרון להתגבר על הבעיות הטכניות של AM הישירה של מתכות שהוזכרו לעיל. קדמו לה כמה ניסיונות היו maדה לייצור מתכות סריג באמצעות עקיפת AM שילוב הדפסת 3D של פולימרים עם ליהוק מבוסס הכביד ^22-25; למשל, ליהוק השקעה בשילוב עם מודלים בתצהיר התמזגו (FDM) לפברק סגסוגת סריג ^22-25 או חול ליהוק בשילוב עם אבקת חול מבוסס AM ^23. הליהוק המבוסס הכובד נראה להישאר אתגר טכני להתגבר - misrun נקבובית נגרמת על ידי התמצקות פתאומית של מתכות מותכות כשהם פוגשים מבני רשת עם פינות חדות של תבניות מבני סריג ^25-26. שטח פנים גדול יחסית של תבניות מבני סריג מופיע גם לתרום קירור פתאומי, וכתוצאה מכך המיצוק מוקדם ^25-26.

במחקר זה, אנו טוענים שקיימים AM עקיף חלופי שעשויות להתגבר על misrun במהלך הייצור של מתכות סריג - ליהוק צנטריפוגלי חלל עובש סריג שנעשה על ידי דפוס פולימר הקרבת סריג מודפס 3D. אנו משתמשים דיגיטלייםעיבוד אור (DLP) שיטת הדפסת 3D מבוססת לבנות דפוס הקרבה מבני סריג ואחריו ליהוק צנטריפוגלי של סגסוגות אל ו Cu. מטרת מחקר זה היא לספק פרוטוקול מפורט על ייצור של מתכות 3D סריג בעל צורה מורכבת ואת עובי דופן דק. התרומה העיקרית של תהליך זה היא לספק הזדמנות להרחיב את הבחירה של חומרים עם עלות ייצור נמוכה לייצור מתכות סריג.

Protocol

תכנון 1. של ניסוי

1. צייר דפוס הקרבה (מבנה מסבך שמינייה עם מערכת sprue) באמצעות תוכנת מחשב תכנון בעזרת מחשב (CAD) כפי שמוצג באיור 1 ולשמור מודל ה- CAD כפורמט קובץ STL.
   הערה: תבנית ההקרבה היא דפוס משולב של מבנה מסבך השמינייה עם מערכת sprue כי תהיה נמסה בסופו של דבר ליציקה. מכיוון דפוס ההקרבה כולל הן את מבנה מסבך השמינייה ומערכת sprue, זה לא בדיוק מייצגים את מסבך השמינייה עצמה. קובץ STL של דפוס ההקרבה מסופק. רשום את עוצמת הקול של דפוס ההקרבה שמספק תוכנות CAD, אשר ישמש לחישוב המסה 'המתכות.
2. פתח את ציור CAD של דפוס ההקרבה על תוכנת ההדפסה 3D מחובר למדפסת 3D להדפסת התבנית.
3. ודא כי מדפסת 3D יש מספיק UV לריפוי / פלסטיק אקרילי ניתן ליציקה ואת חומר תמיכה עשוי שעווהבמחסניות המדפסת.

2. ייצור של תבנית של קורבן

1. ייצור דפוס ההקרבה המורכב של מבנה מסבך השמינייה ומערכת sprue באמצעות מדפסת 3D (איור 2 א - ג).
   הערה: תהליכי 2.1.3 - 2.1.7 אינם נדרשים אם מדפסת 3D אשר אינו מייצר חומרים שיעזרו משמשת.
   1. שלח קובץ STL של דפוס ההקרבה למדפסת 3D להדפיס דפוס הקרבה (איור 2 א).
   2. ממיסים את חומר תמיכה של דפוס ההקרבה בתנור ב מעל טמפרטורת ההתכה של חומר תמיכה (60 - 70 צלזיוס) במשך שעה 2 (איור 2 ב).
      הערה: הטמפרטורה כדי להסיר את חומר התמיכה לא צריכה להיות גבוהה מדי. אחרת, הדבר עלול לגרום נזק דפוס ההקרבה. דפוס ההקרבה מתחיל מקבל פגום בסביבות 80 C במחקר זה.
      הערה: טמפרטורת ההתכה של supporחומרים לא משתנה עם מדפסות 3D שבו חומרי עזר שונים ניתן להשתמש.
   3. למלא שואב קולי דיגיטלי עם שמן תינוקות עד 2.5 L, מרבית הנפח כי המנקה יכול להכיל (איור 2 ג).
      הערה: הומלץ על ידי הספק של מדפסת 3D להשתמש בשמן תינוקות לפירוק שאריות של חומר תמיכה כמו שעווה.
   4. מכניס את תבנית ההקרבה לתוך השואב הדיגיטלי אולטראסאונד ולהדליק את הכח של השואב (איור 2 ג). ודא כי דפוס ההקרבה הוא שקוע לחלוטין בתוך השמן.
   5. הסר שאריות של החומר לתמיכה על ידי טבילת דפוס ההקרבה לתוך השמן ב 65 צלזיוס למשך 40 דקות (איור 2 ג).
   6. להוציא את תבנית הקורבן מן הנקי יותר אם חומר התמיכה נמחק לחלוטין.
   7. יש דפוס יבש ההקרבה עם מאוורר ב RT (~ 20 ג) (איור 2 ג).
      הערה: זה לוקח בערך 2 שעותעד השמן על פני השטח של תבנית ההקרבה הוא מיובש לחלוטין. קח למשל את דפוס ההקרבה להיות יבש לחלוטין אם השטח אינו דביק.

ייצור 3. עובש

1. עצרת תבנית
   1. צרף אטם גומי לדפוס ההקרבה (להלן מסבך השמינייה עם מערכת sprue) ומניחים אותם על החלק התחתון של בקבוקון בצורת צילינדר עם גובה של 6.35 ס"מ ו בקוטר של 6.35 ס"מ (איור 2 ד).
      הערה: כן שתי צלוחיות ליציקה כל מתכת; סגסוגות אל ו Cu.
   2. בדוק אטם הגומי עם דפוס ההקרבה מחובר לחלוטין אל החלק התחתון של הבקבוק.
   3. עוטף את הבקבוק עם סרט דביק, כך תערובת אבקה-מי השקעה, שסדר שיפורט בסעיף הבא, לא יכולה להדליף מהבקבוק.
2. הכנת עובש השקעות
   1. כן אבקת השקעה (קאסו ₄ '3) של 89 גרם, המהווה 87.16 מ"ל. השתמש בקנה מידה לשקיל אבקת ההשקעה.
      ההערה: התכונות הפיסיקליות של אבקת ההשקעה מוצגות בלוח 1.
   2. יוצקים את אבקת השקעה לתוך קערת ערבוב (1 ליטר).
   3. יוצקים מים (114 מ"ל) לתוך קערת ערבוב. השתמש מבחנה כדי למדוד את נפח המים.
   4. מערבבים את אבקת השקעה עם המים בקערה במשך 3 דקות. מערבבים היטב עד שאין גושים בתערובת אבקת-מים ההשקעה. אחרת, הדבר עלול לגרום לאיכות משטח עניה של עובש השקעה. בצע את זרימת העבודה, כפי שמוצג באיור 3.
   5. כדי להסיר בועות אוויר בתערובת, מניחים את הקערה בתא ואקום עבור 90 שניות עד בועות האוויר לא ניתן לראות את התערובת בעיניים חשופות (איור 3).
   6. יוצקים את התערובת לתוך בקבוק הטבעה דפוס ההקרבה ואת אטם גומי (איור 2E).
   7. מניחים את flask בתא ואקום שוב למשך 90 שניות כדי להסיר את שאריות של בועות אוויר בתוך התערובת (איור 3).
   8. ייבש את התערובת בתוך הבקבוק עד שהוא קשוח ב RT (איור 3).
      הערה: בדרך כלל, זה לוקח בערך 10 - 15 דקות עבור התערובת להיות קשוחה ב RT.
   9. הסר את הבקבוק ואת אטם גומי בתחתית התערובת בבקבוק פעם את התערובת הוא התקשה (איור 3). מוצר זה עשוי להיקרא עובש טיח.
3. שְׁחִיקָה
   1. הגדרה זמן בעירה-אאוט בכבשן בעוד בעקבות החימום וקירור לוח זמנים (איור 4) חימום 23 150 ° C ב 2.1 C / min; 150 כדי 370 C ב 3.7 C / min; 370 כדי 480 C 1.85 C / min; 480 כדי 730 C ב 4.17 C / min; 730 צלזיוס במשך שעה 1.; קירור 730 כדי 480 C ב -4.17 C / min.
      שים לב: בפעם עבור לשרוף-אאוט varies עם בגודל של בקבוק. במחקר זה, להגדיר את פרק הזמן הקצוב לשרוף עד 6 שעות.
   2. מניחים את התבנית טיח בכבשן (איור 2F).
   3. הפעל את התנור ולהגדיל טמפרטורה בכבשן להסיר את דפוס ההקרבה בתוך תבנית הטיח. במעקב אחר מצבם הטמפרטורה באיור 4.
      הערה: מכיוון UV לריפוי / פלסטיק אקרילי ניתן ליציקה, החומרים של דפוס ההקרבה, הוא פלסטיק אקרילי-פולימר תרמוסטית, זה לא זורם אבל הוא ניתק לשלב גז בכבשן.
4. יציקה צנטריפוגלי (איור 2G)
   1. בדוק זאת היד של מכונת יציקה צנטריפוגלי ספינים עם המהירות הזוויתית של 425 סל"ד באמצעות טכומטר לאחר הפעלת הכוח של מכונת יציקה צנטריפוגלי.
   2. כן שני כורי היתוך קרמיקה שיכול להכיל סגסוגת 150 גרם להינמס. השתמש כורי היתוך נפרד עבור סגסוגות אל ו Cu כדי למנוע מהם להיות מזוהמים עם דואראח אחר.
   3. הפעילו את המחשב של מכונת יציקה צנטריפוגלי.
   4. בעזרת סכין מתכת, קוצצים סגסוגות לחתיכות עם 10 - 20 מ"מ אורך. הכן אותם מספיק כדי למלא את חלל עובש מלא שהיקף צריך להיות זהה דפוס ההקרבה.
      הערה: המסה של מתכות יש למלא את אותו נפח של חלל עובש משתנה בהתחשב משתנים צפיפות עבור כל מתכת.
   5. תלבש בגדים מעכבים להבה וכפפות, ומשקפים. כן דלי המים (30 ליטר) ב RT.
   6. קח עובש טיח זמנית החוצה מן הכבשן בסעיף 3.3, להתקין אותו בעריסה הבקבוק ולאזן את הזרוע של מכונת יציקה צנטריפוגלי (איור 5).
   7. מניחים את התבנית טיח בחזרה אל תנור ומעלה מראש לחום 482 מעלות צלזיוס לפני הליהוק.
   8. מניח את כור ההיתוך של בעל כור ההיתוך (איור 5).
   9. שם הסגסוגת קצוץ לתוך כור ההיתוך.
   10. פתח את השסתום של חמצןטנק מחובר עם פנס חמצן-אצטילן לשמור על רמת לחץ במכל של 96.5 kPa (14 psi).
   11. להצית את הלפיד אצטילן-חמצן עם מצית לשלוט בעוצמת הלהבה על ידי התאמת תמהיל גזים.
       הערה: זהירות נדרשת בעת שימוש לפיד אצטילן-חמצן. הטמפרטורה המקסימלית שלה של לפיד היא כ -1,200 מעלות צלזיוס.
   12. ממסי סגסוגת קצוצה (סגסוגת אל או סגסוגת Cu) עם הלפיד בכור ההיתוך עד סגסוגת לחלוטין הופכת נוזלית.
   13. מערבבים הסגסוגת בכור ההיתוך עם מוט הפחמן עד סגסוגת הקצוצה נמסה לחלוטין.
   14. מניח את תבנית הטיח בעריסת הבקבוק בחזרה ליד כור ההיתוך המכיל סגסוגת מותכת (איור 5).
   15. סגור את המכסה של מכונת יציקה צנטריפוגלי, בואו לסובב זרוע צנטריפוגלי ולחכות לפחות במשך 3 דקות.
       הערה: מכונת יציקה צנטריפוגלי מתחיל לפעול כבר את המכסה של מכונת יציקה סגורה. זרוע צנטריפוגלימסתובב במהירות של 425 סל"ד אשר תואמת את מהירות הכניסה בבית חלל העובש של דפוס ההקרבה, נ _r = 8.03 m / sec ^{28, 29} באיור 5 שבו מהירות הכניסה מחושבת לפי דינמיקת החלקיקים מקרוסקופית מתוך זוויתי מהירות של הליהוק צנטריפוגלי לחמש ^{28, 29.}
   16. כבה את הכוח של מכונת יציקה צנטריפוגלי לאחר סיבוב 3 דקות של הזרוע.
   17. פתח את המכסה של מכונת היציקה.
   18. קח עובש הטיח מתושבת הבקבוק באמצעות מלקחיים.
   19. שמור את התבנית ב RT במשך 15 - 20 דקות עד שמתקבל צבע של סגסוגת מותכת פונה אל אחד המקורי בשלב מוצק.
   20. באמצעות מלקחיים, להרוות את תבנית הטיח במים להציב בתוך דלי (30 ליטר) ב RT במשך כ -5 דקות. ודא את הטמפרטורה של עובש הטיח קרובה RT לאחר המרווה.
   21. על מנת לקבל את מתכת הסריג בתוך התבנית, לפזר אתעובש במים. העובש עשוי גבס מתמוסס בקלות במים.

עיבוד 4. הודעה על תוצרים סופיים של מתכות השמינייה מסבכת

1. הפעילו את המחשב של sandblaster.
2. מניח את מתכות מסבך שמינייה בפלטפורמה בתוך sandblaster ולסגור את הדלת של המכונה.
3. לבש כפפות לאחוז באקדח sandblaster.
4. תפוס את חלק sprue של המוצר מתכת ומכבה את הטיח שיורית מן המתכת סריג עם sandblaster עבור שעה 2.
   הערה: עוצמת sandblaster נקבעה באופן אוטומטי כ ב 550 kPa. לאחר sandblaster מופעל, אז האוויר יוצא אוטומטית מן האקדח.
5. שמור על ריצת sandblaster עד שאריות טיח השקעה בתוך מתכת מסבך השמינייה נמחקה לחלוטין בעת ​​בדיקה בעין בלתי המזוינת.
   הערה: אין קריטריון מיקרוסקופי על הסרת שאריות טיח. זהו מעבר להיקף של מחקר זה. Tהוא הסרת שאריות טיח נקבעת בקלות בעין בלתי מזוינת. מכיוון מסבך השמינייה הוא מבנה תא פתוח, אפשר לראות דרך ולבדוק אם אם לאו שאריות הטיח נמחקו לחלוטין.
   הערה: זהירות נדרשת עבור sandblaster שלא לפגוע מתכת מסבך השמינייה עם עובי דופן דק (0.5 מ"מ) בלחץ גבוה (550 kPa).
6. אם שאריות טיח ההשקעה בתוך המתכת מסבך השמינייה לא יוסר לחלוטין עם sandblaster, להשתמש בשיטות עיבוד פוסט נוסף, לדוגמה, גידול ניקוי קולי או עזיבת מוצר במים למשך יום.
7. במקרה של שימוש בחומר ניקוי קולי, למלא 0.7 מי L אל השואב הקולי ומניח מתכת מסבך שמינייה עם שאריות טיח השואב הקולי.
   1. הפעל את המחשב של השואב הקולי.
   2. הגדרת מצב פעולה; למשל, 3 שעות ב 70 מעלות צלזיוס.
   3. קח מתכת מסבך שמינייה מתוך השואב הקולי פעם המבצע דואר מסתיים.
   4. ייבש את מתכת מסבך השמינייה ב RT עד מים על משטח המתכת נמחק לחלוטין.
8. כטכניקה שלאחר עיבוד חלופית, לעזוב מתכת מסבך שמינייה במים. זה גורם שאריות טיח להיות מומס במים.
   1. מניח את מתכת מסבך שמינייה עם שאריות הטיח במים ולהשאיר אותה במשך יום אחד, כך שהכח מליט בין טיח ההשקעה ועל משטח המתכת הופך להחליש במים.
   2. קח מתכת מסבך שמינייה מחוץ למים.
   3. ייבש את מתכת מסבך השמינייה ב RT עד מים על משטח המתכת נמחק לחלוטין.
9. בעזרת מסור או כלים מתאימים אחרים, לחתוך את המתכת מלאה את החלל של חלק מערכת sprue מחוץ למוצר המתכת להשיג מתכת מסבך שמינייה הסופית עם גודל של 25 מ"מ x 25 מ"מ x 25 מ"מ, כפי שמוצג באיור 1 ב.

Representative Results

באמצעות הייצור כתוסף העקיף כמתואר בסעיף בפרוטוקול, סגסוגות אל ו Cu שמשה מתכות מסבך שמינייה תעשייתית, כפי שמוצגת באיור 1 הליך הליהוק כולו מסוכם איור 2 ההליך מורכב משמונה חלקים:.. (א) הקרבה דפוס הדפסה (ב) היתוך-אאוט של חומר תמיכה (ג) להסרת שאריות של חומר תמיכה (ד) הרכבת דפוס (ה) השקעה (ו) שחיקה של דפוסי הקרבה (ז) ליהוק צנטריפוגלי, ו- (ח) פוסט מעבד. תהליך ערבוב ההשקעה בוצעה על מנת לוודא כי לא היו גושים בתערובת השקעה-מים, כפי שמוצג באיור 3. בתהליך הצריבה-אאוט בוצע במשך 6 שעות כדי להמיס את דפוס ההקרבה כפי שמוצג באיור 4, ואחריו תהליך הליהוק צנטריפוגלי (איור 2G ו איור 5). איור 6מציג את המוצרים הסופיים של מתכות מסבך שמינייה עם סגסוגות אל ו Cu. זה מראה כי סגסוגת אל מותך מלא ממלא את חלל עובש הסריג כולו ללא misrun. מצד השני, הסגסוגת Cu המותכת מופיעה להיות בעל מום ליהוק עם התמצקות מוקדמת בשלב המוקדם של הזרקה של מתכת מותכת על הכניסה.

איור 1. סכמטי של מבנה השמינייה מסבך עם מערכת sprue. איור 1 מציג סכמה של דפוס ההקרבה של מבנה מסבך השמינייה עם מערכת sprue השתמשו במחקר זה. מערכת sprue מורכבת גיליון בעובי 1 מ"מ, רוחב 25 מ"מ, ועמוד שיש 10 מ"מ גובה ו -6 מ"מ קוטר. מערכת sprue יכולה להיות שונה באמצעות תוכנות CAD, במידת צורך, עבור עיצוב של נזילות טובות יותר של מתכת נוזלית. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

איור 2. סקירה של AM עקיף עם נוהל יציקה צנטריפוגלי: (א) דפוס הדפסה (B) להמיס-אאוט של חומר תמיכה (C) הסרת שאריות של חומר תמיכה (D) דפוס הרכבה (ה) השקעה (F) לשרוף אאוט של דפוס הקרבה (G) ליהוק צנטריפוגלי, ו (H) עיבוד פוסט. נתון זה מראה את ההליך כולו על בודת מתכות מסבך שמינייה באמצעות AM העקיף עם ליהוק צנטריפוגלי. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

דואר 3 "src =" / files / ftp_upload / 53,605 / 53605fig3.jpg "/>
איור 3. סידור עבודה על הכנת עובש הטיח. איור 3 מציג את הכנת תבנית גבס ההליך להקשיח אותו בבקבוק. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

איור 4. לו"ז שחיקה של תבנית של קורבן בתוך תבנית הטיח. איור 4 מראה את תהליך הצריבה מתוך דפוס ההקרבה בתוך התערובת המוקשית. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

ד / 53,605 / 53605fig5.jpg "/>
. איור 5. סכמטי של מכונת יציקת צנטריפוגלי מכונת היציקה צנטריפוגלי מורכבת משמונה מרכיבים: פיר ראשי, בסיס, זרוע ליהוק, משקולות, עריסות בקבוק, עריסות בקבוק החזקת נשק, בעל כור היתוך, וזרועות מחזיקים כור היתוך. זרוע המעטפת מאוזנת עם הזזת משקולות לאורך זרוע הליהוק. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

מוצרי איור 6. סופים של מתכות מסבך שמינייה: מבנים מסבכים שמינייה עם (א) אל ו (ב) סגסוגות Cu. זה מראה תואר טוב למדי של השלים על סגסוגת אל מסבך שמינייה. מצד שני, תואר עניים ההשלמה הוא ציין עם סגסוגת Cu מסבך השמינייה. קבצים / ftp_upload / 53,605 / 53605fig6large.jpg "target =" _ blank "> לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

נכס	ערך [יח]
צפיפות ב 20 ° C	1,019 [ק"ג / מ ^ 3]
מוליכות תרמית בטמפרטורה של 20 מעלות צלזיוס	0.47 [W / (K * מ ')]
מקדם התפשטות תרמית בטמפרטורה של 20 מעלות צלזיוס	7.22E-6 [/ ° C]
חִספּוּס	2.72E-6 [מ]

1 טבלה. מאפיינים של אבקת ההשקעות. טבלה זו מציגה את התכונות הפיסיקליות של אבקת ההשקעה השתמשה במחקר זה.

r.within-page = "1" FO: keep-עם-next.within-page = "תמיד">

40 מ"ל מים 100 גרם אבקת
קוטר הבקבוק	גוֹבַה
	5.08 ס"מ	6.35 ס"מ	7.62 ס"מ	8.89 ס"מ	10.16 ס"מ	12.7 ס"מ	15.24 ס"מ
6.35 ס"מ	226.8 גרם 91 מ"ל	283.5 גרם 114 מ"ל	340.19 g 136 מ"ל	396.89 g 160 מ"ל	453.59 g 183 מ"ל	566.99 g 228 מ"ל
(דמות למעלה - אבקת השקעות (ז), דמות התחתונה - מים (מ"ל))
הערה: במחקר זה, בקבוקון עם גובה של 6.35 ס"מ ו בקוטר של 6.35 ס"מ משמש.

טבלה 2. ערבוב תנאי השקעות אבקה עם מים למשך משתנהגודל הבקבוק: טבלה זו מציגה את התנאים ערבוב של אבקת השקעה ומים במשך גודל הבקבוק משתנים המומלץ על ידי היצרן. במחקר זה, בקבוקון עם גובה של 6.35 ס"מ ו בקוטר של 6.35 ס"מ משמש.

(א) ההרכב הכימי של סגסוגת אל
חוֹמֶר	יחידה
סגסוגת אלומיניום	תרכובת כימית
		אל	Cr
	Min./Max.	> 99	<0.05
(ב) תכונות פיסיקליות של סגסוגת אל
נכס		יחידה
טמפרטורת liquidus		660 ° C
olspan = "2"> טמפרטורה Solidus	660 ° C
צְפִיפוּת		2,340 [ק"ג / מ ^ 3] @ 850 ° C
חום סגולי		1,090 J / kg ∙ ° C
מוליכות תרמית		.9428 [W / (* ס"מ מעלות צלזיוס)] @ 850 ° C
צמיגות		.00087 [אבא ∙ s] @ 850 ° C
מקדם מתח פנים		900 [N / mm]

. טבלה 3 הרכב כימי הפיזיקליים מאפיינים של אל סגסוגת ^30: (א) ההרכב הכימי של אל סגסוגת ו- (ב) תכונות פיסיקליות של סגסוגת אל.

"תמיד">

(א) ההרכב הכימי של סגסוגת Cu
חוֹמֶר	יחידה
סגסוגת נחושת (ברונזה תכשיטים)	הרכב כימי (% מקס, אלא אם כן מוצג מגוון של ממוצע)
		Cu	סִי	Zn	mg	Pb
	Min./Max.	91.9	4	4	0.25 מקס	0.25 מקס
(ב) תכונות פיסיקליות של סגסוגת Cu
נכס			יחידה
טמפרטורת liquidus			1,035 מעלות צלזיוס
טמפרטורת Solidus			1,005 מעלות צלזיוס
צְפִיפוּת			7,200 [ק"ג / מ ^ 3] @ 1200 ° C				חום סגולי			380 J / kg ∙ ° C
מוליכות תרמית			1.44 [W / (℃ * ס"מ)] @ 1200 ° C
צמיגות			0.0038 [אבא ∙ s] @ 1200 ° C
מקדם מתח פנים			1,500 [N / mm]

. לוח 4 הרכב כימי הפיזיקליים מאפיינים של Cu סגסוגת ^30: (א) ההרכב הכימי של Cu מסגסוגת (ב) תכונות פיסיקליות של סגסוגת Cu.

Discussion

ליציקת מתכת קונבנציונלית, חשוב לשמור על הזרימה המתמדת של המתכת המותכת חלקה וייעל ב 'למינרית' ב חלל העובש מעדיף להימנע זרימה סדירה ונסערת נצפתה כלל ב זרימה טורבולנטית ^27. לפיכך, חשוב לעצב את הכניסה כראוי של מערכת sprue הקשורים למהירות הסיבוב של זרוע צנטריפוגלי כדי לשמור על זרימת המתכת מותכת בתוך חלל עובש הסריג 'למינרית'.

במחקר זה, את השלבים הקריטיים של פרוטוקול הם ערבוב של אבקת השקעה עם מים, לשרוף-ולצאת מהדפוס ההקרבה, ותהליך הליהוק צנטריפוגלי. תהליך הערבוב של אבקת השקעה עם מים חשוב כי איכות עובש הטיח נשלטת בעיקר על ידי תהליך זה, ובהמשך המשפיעה על מידת ההשלמה של המוצרים הסופיים של מתכות מסבך שמינייה. לדוגמא, אם תערובת השקעה-המים היא גסה מדי, פני השטח roughnESS הופך להיות גבוה, וכתוצאה מכך לסיים את פני שטח עניים של מוצרים סופיים. בתהליך הצריבה-אאוט של דפוס ההקרבה הוא הכרחי גם כדי לקבוע את איכות מוצרים סופיים בגלל שאריות של דפוס ההקרבה גורמות פגם ליהוק כגון חדירת misrun או מתכת אם דפוס ההקרבה לא שרוף לחלוטין. צעד המפתח האחרון הוא תהליך הליהוק צנטריפוגלי. הגדרה נכונה ליציקה נדרשה לחלוטין למלא מתכת נוזלית החוצה בחלל השקעת העובש עם מבנה מסבך שמינייה בצורת רשת מורכב.

כפי שניתן לראות באיור 6, באותם תנאי העיבוד, למשל., מהירות הכניסה, שטמפרטורת הכניסה של מתכת מותכת, טמפרטורה מראש בחום של עובש, סגסוגת Cu מראה מיצוק מוקדם בתוך חלל עובש סריג עם עובי דופן של 0.5 מ"מ (איור 6 (ב)). מחשבה זו היא להיגרם על ידי מתח הפנים גבוהה (1,500 N / mm) וצמיגות גבוהה (0.00038 Pa · s) שלסגסוגת Cu דרך ערוצים מיקרו חלל עובש הסריג. מצד שני, נראה כי מקדם מתח הפנים הנמוך יחסית (900 N / mm) וצמיגות (0.00087 Pa · s) של הסגסוגת אל מותך מאפשר לה למלא את חלל עובש סריג מסבך השמינייה מלא. מומלץ למצוא מהירות כניסה אופטימלית של מתכת מותכת ליציקת מבני סריג רשת 3D עם עובי דופן דק כדי להתגבר על השינוי הפתאומי זרימה לכיוון מתכת מותכת והשפעת מתח פנים באפיק-מייקרו של סריג חלל עובש מבני.

השפעת מתח הפנים של מתכת מותכת ידועה להיות דומיננטיים בכל ערוץ דק שבו גיאומטרית עובש חלל סריג זה במחקר זה יכול להיות מיושמת. ייתכן שניתן יהיה לייצר סגסוגת Cu סריג עם עובי דופן עבה ומהירות הזרקה גבוהה של ליהוק צנטריפוגלי כפי שמודגם העבודה הקודמת שלנו ^28-29.

suc שיטות AM ישירשעות כפי SLM ו EBM נחשבו עבור שיטות ייצור אפשריות עבור מתכות סריג 3D קלות. עם זאת, שיטות AM ישירות להיראות מוגבלות בבחירת חומרים. לדוגמא, טכנולוגית EBM הנוכחית מוגבלת Ti-6Al-4V ו Inconel ^31. למרות השימוש הנרחב שלה וחלל יישומים שתל ביו, אלומיניום, למשל, הוא לא שיופק באמצעות טכנולוגיה זו. תיאורטית, זה יכול להיות ניתן להאריך את AM הישירה מתכות אבקת אחרים דרך שפיקוח הדוק פרמטרי תהליך. עם זאת, באופן מעשי, הישירה AM דווחה מתקשה בודה חלקית עם אבקות מתכת עם החזרה אופטית גבוהה מוליכות תרמית גבוהות, למשל., אל. יתר על כן, התאדות פיצוץ אפשרי בתוך החדר לבנות הוצאו עבור אבקת אלומיניום ^31.

טכניקת AM העקיפה המוצעת היא משמעותית, כי זה מאפשר לייצר מבני סריג עם מתכות שםשיטות AM ישירות להיתקל בקשיים, וכתוצאה מכך העצמת יכולת ייצור כוללת של מתכות סריג 3D עם שני מנהלי אדמיניסטרטיבים ישירים ועקיפים על ידי הרחבת סל הבחירה של מתכות. בנוסף, הליהוק צנטריפוגלי, צעד במחקר זה, ידוע לספק נכס איזוטרופיים של חלקי מתכת בשל התפשטות שווה יחסית של מתכת מותכת לתוך חלל עובש. זה עשוי לפתור את הבעיה הנוכחית של AM הישירה על אנאיזוטרופיה נגרמת הוא על ידי ייצור שכבתי והיווצרות איזוטרופי של דגנים ^20-21.

היכרות עם מתכות אחרות עבור AM העקיף יחד עם מחקרים על השפעת פרמטרי תהליך על גיאומטריות סריג נשאר לעבודת עתידנו.

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
Motorized centrifugal casting machine	Rey Motorized Centrifugal Casting Machine, Rey Industries Inc.		Made in U.S.A. by Rey industries, Inc. Dallas, TX 75220
Gypsum powder	Satin Cast 20, FindingKing Kerr	7960	Gypsum powder is used to make the investment mixture
Ployjet 3D printer	Projet HD3500 Plus, 3D Systems		This polymer based 3D printer to print out sacrificial pattern for casting.
Cartridge materials - UV curable and castable acrylic plastic	VisiJet Procast, 3D Systems		This is castable material that is going to be burn out before casting
Cartridge materials- support material	VijiJet S300, 3D Systems		This is support material that is going to be removed before pattern assemble
Ancient Bronze Casting Grain	Rio Grande	706051	This true bronze grain contains no zinc. Highly fluid, it melts quickly, casts cleanly and provides a good balance between strength and durability. The warm, deep-bronze color has rich red undertones, and the alloy takes a good patina. Composition is 90% copper with an amount of tin; fits into the CDA#90700 category. This grain is sold in 1 lb. packages.
Aluminum Round Wire, 1/8", 1-Lb. Spool, Dead Soft	Rio Grande	134700	Lightweight and strong, aluminum wire is an economical and versatile choice. Not as bright-white as silver, aluminum offers a warmer tone much like that of platinum. Solder ONLY with low-temp solders such as Stay-Brite; suitable for both pulse-arc and laser welding. This quality aluminum wire is packaged on 1 lb. spools.
Computer aided design software (Pro-e)			This software can be replaced with the others such as Auto CAD, Catia, and so on.
ProJet Finisher 1-A	3D Systems		This machine is used to melt the support material.
160 Watt 2.5 Liters Digital Ultrasonic Cleaner with Timer Heater Rings Tools	Chicago, Electric, Power Tools		85 oz. capacity, Five cleaning cycles: 90, 180, 280, 380 and 480 seconds, Clean with or without heat, Easy-to-read LED digital timer, Clear-view window
Fan	Honeywell Inc.	HT-800	120 V A.C., 60 Hz., 0.85 A. TP
Paraffin wax for wax sheet - Modeler's Pink Wax Sheet, 3" by 6", 24-Ga.	Rio Grande	700075	Sheet wax is flexible and can be cut or formed into any shape. It’s ideal for designing since you can draw or trace directly onto the sheet; choose green or pink depending on which will best show your designs. High manufacturing standards ensure exceptional consistency and significant price savings. Value is enhanced by larger package quantities at the same price as the smaller packages available elsewhere. Each 8-oz. package contains approximately 30 sheets.
Paraffin wax for wax stick - Modeler's Medium Red Sprue Wax, 8-Ga	Rio Grande	700741	A pliable, softer sprue wax than the firm blue. Good for forming gates and sprues and burns out cleanly with no residue.
Alcohol Lamp	Rio Grande	700008	Use this lamp to heat wax-working tools or as a flame polisher. The heavy glass reservoir has faceted sides to allow it to be tipped for angling the flame. A screw adjustment for the 7" x 3/16" wick controls the height of the flame. A safety cap snuffs the flame and prevents fuel evaporation. For the best flame, use methyl alcohol fuel. Replacement wicks available. Reservoir holds 5 oz. (150 ml) of fuel.
Wax carving tool set - Soft Grip Wax Carvers, Set of 10	Rio Grande	700329	This boxed set offers the best in cutting and shaping technology. Each of these ten high-quality steel wax-carving tools features a 5/16" PVC covered handle that ensures a sure, comfortable grip through hours of work and all have sharp edges for shaping and fine detailing. Sharpen or custom-shape each tool to fit your needs. These tools provide exceptional tool strength and deliver excellent results. This set comes in a hinged, foam-lined wood box.
Rubber Mixing Bowl, 1 - 1/2 Qt.	Rio Grande	702131	This highly-flexible vulcanized rubber bowl is easy to grip, will not be marred by a spatula and cleans with ease.
Pyrex Beaker, 1,000ml	Rio Grande	335040	Ideal for holding and heating bath plating solutions, this genuine Pyrex glass beaker is sturdy and durable.
Rio Premium Stainless Steel Flask, 2 - 1/2" dia.	Rio Grande	70201514	This solid, #304-quality stainless steel flask is corrosion-resistant, durable for a long service life and performs under extreme temperature without distortion.
CAST/T Ceramic Casting Crucible, 450 g	Rio Grande	705047	Made exclusively for the CAST/T centrifugal casting machine, this crucible is designed with an angled base that slides into the hinged bracket on top of the casting machine. This brings the crucible into perfect alignment with the center of the flask ring to ensure an error-free pour.
MyWeigh iBalance 300 Digital Scale	Rio Grande	116850	This scale is used to measure the weight of the sacrificial and sprue system for metal which is going to be used for centrifugal casting.
Rubber bottom - CAST/T Flask Ring Base	Rio Grande	705025	Specially made for the CAST/T centrifugal casting machine, this rubber base accommodates all Table King flask ring styles, creating a secure, airtight seal throughout the investment process. The center post fits either of the wax disc styles for complete versatility.
Scotch® Colored Duct Tape, 1 7/8" x 20 Yd., Blue	OfficeMax	22353766	This scotch tape is used to make sure that the gypsum-water mixture fully covers the assembled sacrificial pattern inside the flask by allowing for extra material above the flask height
Vacuum casting machine - V.I.C. 12 Tabletop Solid- and Perforated-Flask Casting Machine with The Rio Assistant, 110-Volt	Rio Grande	70511814	The V.I.C. 12 casting machine offers all the latest technical innovations for efficient, productive vacuum investing and casting. Designed to meet the demands of medium-sized casting operations, this machine includes a powerful 1/2 hp, 5cfm vacuum pump for effective vacuuming and outstanding casting results. The V.I.C. 12 casts small or large flasks. Includes an adapter table that accepts standard solid flasks up to 5" x 7" high and is mounted on rubber feet for stability.
Furnace for burn out sacrificial pattern -Rio Model 1000 Enameling Kiln with Nine Program Controller	Rio Grande	703121	The Rio enameling kiln features three pre-set firing temperatures for enamels and six that you can define. Use the exclusive Rio controller to set and maintain firing temperatures. Perfect for all types of enameling, including tall pieces. Includes ample space for firing and an easy-latch door that will not jar your enamels when opening and closing. Also suitable for metal clay, glass and ceramics. Galvanized steel case with high-temperature insulating firebrick keeps them cool. Element protected in recessed groove. Includes user instructions.
Smith Complete Little Torch Acetylene and Oxygen System	Rio Grande	500030	Get everything you need to equip your shop for soldering and brazing. Use Little Torch systems for gold or silver soldering, brazing and casting applications. Complete every soldering and melting job with confidence and ease! This system accepts all Little Torch accessory tips for melting, brazing and large soldering jobs and is a staple for every jeweler.
Heat-Resistant Safety Apron	Rio Grande	750160	The specially designed apron has an 800 °F (427 °C) temperature resistance. Its reflective finish repels hot metal splashes and helps insulate the wearer from heat.
Radnor Heat-Resistant Gloves	Rio Grande	350050	These flexible, heat-resistant gloves are ideal for enameling projects, allowing you to grip even small tongs securely. Blue, shoulder-split leather gloves are made of tough cowhide and lined with cotton and foam, and have reinforced thumb wings.
Platinum Soldering Glasses, #7	Rio Grande	113914	Protect yourself and your employees when soldering platinum. Comfortable glasses feature adjustable earpieces and 52mm IR green polycarbonate #7 lenses. The #7 lens is approved by The Platinum Guild.
Economy Light-Duty Flask Tongs	Rio Grande	704026	Constructed of bent steel, these tongs are designed to handle flasks 3-1/2" or less in diameter. The small-angle notches grip smaller flask sizes and the larger, rounded contour area securely holds larger flasks.
Separating Screen Bucket	Rio Grande	201360	15"-diameter, 11-1/2"-deep
Sand blaster - Econoline - 101701CB-A - Free-Standing Cabinets Workspace Width (Inch): 60 Workspace Depth (Inch): 48	MSC industrial supply Co.	223818	Ree-Standing Cabinets; Workspace Width (Inch): 60; Workspace Depth (Inch): 48; Workspace Height (Inch): 40; Air Requirement: 12 CFM @ 80 psi; Overall Cabinet Width (Inch): 65; Maximum Cabinet Depth (Inch): 86
Johnson's Baby Oil Shea & Cocoa Butter	Wal-Mart	260074132	This baby  oil is used for removing the residue of the support material for the castable sacrificial pattern using Digital Ultrasonic Cleaner.
German 4" Saw Frame and Saw Blade Kit	Rio Grande	110112	Quality, German-made frames are our most popular saw frames, and this frame includes a sampler pack of Rio German saw blades! The adjustable saw frame allows you to achieve the blade tension you want. Throat depth is 102mm (4"). Saw blades have rounded backs that make cutting curves and corners easy and are made from hardened, tempered steel.