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Engineering

与超薄切片格金属制造间接使用离心铸造

Published: May 14, 2016 doi: 10.3791/53605

Summary

间接添加剂的制造方法的聚合物的三维打印组合用离心铸造概述为具有0.5mm的壁厚5mm的单元电池的长度制造三维八角体桁架金属(Al和Cu合金)。

Abstract

其中一个典型的方法来制造三维晶格金属是直接金属添加剂制造(AM)的过程,如选择性激光熔化(SLM)和电子束熔炼(EBM)。尽管其潜在的处理能力时,直接调幅方法有几个缺点,如成本高,最终产品的表面光洁度差,限制在材料的选择,高的热应力,以及零件的​​各向异性性质。我们提出了一种经济有效的方法来制造三维晶格金属。本研究的目的是提供在具有复杂形状和薄壁三维晶格金属制造的详细协议; 例如 ,八角体桁架由具有5mm的单元电池的长度和细胞壁厚度的Al和Cu的合金的为0.5mm。整体实验过程分为八个部分:(一)祭祀图案的三维打印(二)融出辅助材料(C)去除支撑材料的残留量(四)模式assemblY(五)投资(F)烧坏牺牲图案(G)离心铸造(H)后处理的最终产品。建议上午间接提供的技术来制造超轻金属晶格的潜力; 例如 ,网格结构用铝合金。看来,工艺参数应当根据材料和晶格几何适当地控制,由间接调幅技术观察八角体桁架金属的最终产品。

Introduction

蜂窝金属是固体支柱或板的互连网络的组成的金属和具有复杂的微观结构用1空隙。示例包括ⅰ)无规结构随机泡沫和ii)定期有序二维(2D)的蜂窝体和三维(3D)晶格桁架结构。他们已受到关注,因为它们高的比刚度和强度1-3和高比回弹4-5,对于冲击载荷6,隔音7,热消散器和热交换器8的可能的设计优良的能量吸收。特别地,周期性有序晶格结构具有工程师优于与控制内部多孔网络的几何形状的能力的属性的潜力。

由于其复杂的内部多孔网络的几何形状,则难以用传统的减色machinin制造蜂窝金属G。因此,研究人员已经开始寻找替代方法来制作蜂窝金属:液态金属成形气体或金属粉末与发泡剂混合进行了探讨制造随机金属形式9。由于缺乏对细胞拓扑控制的,这是很难调整机械性能。可替代地,用于周期性地有序蜂窝金属的制造方法进行了探讨:冲压金属薄板为波纹形,随后通过加入它们来创建周期性结构10,接合开槽金属片11,挤出12,编织和炽热金属丝来制造纺织品13。即使这些制造方法提供可重复的图案,所述图案在所述平面方向上仍然受到限制。在努力产生三维图案重复,研究人员使用添加剂制造(AM)开始; 例如 ,选择性激光熔化(SLM)14,电子束熔炼(EBM) (DMLS)16。尽管他们的能力来制造三维有序复杂晶格的几何形状,但仍存在一些限制:激光或电子熔化期间使用具有高导热性和高的光反射率17,高热残余应力18,表面光洁度较差的“成球”的现象金属困难19,各向异性特性引起的分层制造,各向异性地层颗粒,粉末的尺寸,功率和激光或电子束15,高能耗扫描速度的组合效果份20-21。

结合系聚合物调幅与金属铸件可以提供制造晶格金属的替代方法。人们可以把这种“间接AM”。间接调幅可以提供一种解决方案,以克服上述金属的直接调幅的技术问题。一些努力是马例如 ,熔模铸造与熔融沉积成型(FDM)组合制作晶格合金22-25或砂型铸造用沙粉末组合;德使用间接AM结合基于重力铸造22-25的聚合物的三维印刷制造晶格金属根据今年23岁 。重力铸造的基础似乎仍然是一个技术挑战,克服-浇不足和气孔引起熔融金属凝固突然见面时晶格结构模具25-26的尖角网络结构。晶格结构的模具的相对大的表面面积也似乎有助于突然冷却,导致过早凝固25-26。

在这项研究中,我们提出了制造晶格金属过程中可能会克服浇不足替代间接AM - 离心浇铸到由​​3D印刷格子牺牲聚合物图案制成的格子模腔。我们使用数字光处理(DLP)的3D打印方法建立一个格子结构牺牲图案其次是铝和铜合金的离心铸造。本研究的目的是提供在具有复杂形状和薄壁三维晶格金属制造的详细协议。这个过程的主要贡献是提供一个机会以低生产成本延长材料的选择制造格子金属。

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Protocol

1.实验计划

  1. 绘制使用计算机辅助设计(CAD)软件的牺牲图案(一个八位组桁架结构具有一浇道系统) 如图1和保存CAD模型为STL文件格式。
    注:牺牲模式是八位桁架结构用直浇道系统,将最终被融化铸造的综合模式。因为牺牲图案包括两个八位字节桁架结构和浇道系统,它并不准确地表示八角体桁架本身。提供了牺牲图案的STL文件。记录由CAD软件所提供的牺牲花纹,这将被用于计算金属“质量的体积。
  2. 打开连接到3D打印机打印图案的3D打印软件牺牲图案的CAD图纸。
  3. 确保该三维打印机具有足够的UV可固化/可浇注丙烯酸塑料和支撑材料制成的蜡的在打印机墨盒。

2,祭祀图案的制作

  1. 制造组成的八角体桁架结构,并使用三维打印机( 图2A - C)的浇道系统的牺牲花纹。
    注意:在2.1.3过程 - 如果使用不产生辅助材料三维打印机2.1.7不是必需的。
    1. 发送所述牺牲图案的STL文件到3D打印机打印的牺牲图案( 图2A)。
    2. 融出在烘箱牺牲图案的支撑材料在高于载体材料的熔化温度(60 - 70 C)2小时( 图2B)。
      注:去除支撑材料的温度不宜过高。否则,可能会导致在牺牲图案的损坏。牺牲的模式开始在这一研究中围绕80℃越来越损坏。
      注意:suppor的熔融温度ŧ材料对于可能使用不同的支持材料的3D打印机而异。
    3. 填写婴儿油了数字超声波清洗机,以2.5升,最大音量的清洁剂可以包含( 图2C)。
      注:建议由3D打印机使用婴儿油,用于溶解蜡样支撑材料的残留量的供应商。
    4. 把牺牲模式进入数字化超声波清洗机并打开吸尘器( 图2C)的力量。确保牺牲图案中石油完全淹没。
    5. 通过在65℃40分钟( 图2C)浸渍在牺牲模式进入油中除去载体材料的残余物。
    6. 从清洁器取出所​​述牺牲花纹如果支撑材料被完全去除。
    7. 有牺牲图案干后用在室温(〜20℃)( 图2C)的风扇。
      注意:这需要约2小时直到牺牲图案的表面上的油已完全干燥。考虑如果表面是不发粘被完全干燥所述牺牲花纹。

3.模具的制作

  1. 模型组件
    1. 附加一个橡胶垫圈至牺牲图案(的八角体桁架的浇道系统),并把它们放在一个圆筒形烧瓶中的与6.35厘米的高度,直径6.35厘米( 图2D)的底部。
      注:准备两个瓶中铸造各种金属; Al和Cu合金。
    2. 双重检查与牺牲花纹的橡胶垫被完全附连到该烧瓶的底部。
    3. 换用胶带烧瓶,使投资粉末 - 水混合物,其过程将在接下来的部分中描述的,可以不从烧瓶中漏出。
  2. 投资模具的研制
    1. 准备投资粉末(卡索4 3)89克,这是87.16毫升。使用规模称重投资粉末。
      注意:投资粉末的物理性能列于表1中。
    2. 倒入投资粉放入搅拌碗(1升)。
    3. 将水(114毫升)到混合碗中。用烧杯,以测量水的体积。
    4. 混合与水投资粉末在碗3分钟。拌匀,直到有在投资粉末与水的混合物没有肿块。否则,可能会导致投资模具的表面质量较差。按照工作流, 如图3。
    5. 为了在该混合物中以除去气泡,碗放置在一个真空室中90秒,直到气泡不能在用裸眼( 图3)的混合物中可以看出。
    6. 将混合物倒入一个烧瓶中嵌入所述牺牲图案和橡胶垫圈( 图2E)。
    7. 放置FLAS再次K的真空室90秒以除去混合物(图3)内的气泡的残留物。
    8. 干燥该混合物的烧瓶内,直到它在RT( 图3)硬化。
      注:一般情况下,大约需要10 - 15分钟的在RT硬化混合物。
    9. 在该混合物的烧瓶内的底部取出烧瓶和橡胶垫圈一旦混合物硬化( 图3)。此产品可以被称为石膏模具。
  3. 烧完
    1. 而下列加热和冷却时间表( 图4)加热从23至150℃,在2.1℃/分钟建立一个烧尽时间在炉; 150在3.7℃/ min的370℃; 370以1.85℃/分钟480℃; 480以4.17℃/分钟730℃; 730℃1小时;在-4.17℃/ min冷却730 480℃。
      注:燃尽VAR的时间IES用烧瓶大小。在这项研究中,设置燃尽时间为6小时。
    2. 放置在炉中( 图2F)的石膏模具。
    3. 打开炉中,在炉子增加温度以除去石膏模具内的牺牲花纹。按照图4中的温度条件。
      注意:由于UV固化/浇注丙烯酸塑料,牺牲图案的材料,是一种热固性丙烯酸类聚合物的塑料,它不流动,但解离到在炉内气相。
  4. 离心铸造图2G)
    1. 检查离心铸造机的使用手臂打开离心铸造机的电源后,转速表与转速42​​5的角速度旋转。
    2. 准备了可以容纳150克合金熔化两个陶瓷坩埚。使用的铝和铜合金坩埚分开以防止它们被污染随eACH的。
    3. 打开离心铸造机的电源。
    4. 使用金​​属切割机,印章的合金与10件 - 20mm的长度。制备它们足以完全填充模腔,其量应是相同的牺牲花纹。
      注意:需要填写模腔的相同体积的金属的质量而变化考虑每个金属变化的密度。
    5. 穿阻燃布和手套和护目镜。准备在室温一桶水(30升)。
    6. 以石膏模从炉暂时缺货3.3节,在烧瓶摇篮安装和平衡离心铸造机( 图5)的手臂。
    7. 浇铸前放置石膏模返回到炉和预热到482℃。
    8. 放置在坩埚中的坩埚座( 图5)。
    9. 把切碎合金到坩埚。
    10. 打开氧气的阀罐用氧 - 乙炔焊炬连接并保持在96.5千帕(14磅)的罐中的压力水平。
    11. 点燃氧 - 乙炔焊炬用打火机并通过调节气体的混合控制火焰的强度。
      注意:使用氧 - 乙炔火炬时需要注意。其火炬的最高温度约为1200℃。
    12. 与坩埚中的火炬熔化切碎合金(Al合金或Cu合金),直到合金完全变成液体。
    13. 搅拌坩埚中的合金用碳棒直到切碎合金完全熔化。
    14. 放置在烧瓶摇篮石膏模具后靠旁边含有熔融合金( 图5)的坩埚中。
    15. 关闭离心铸造机的盖子,让手臂离心旋转,并至少等待3分钟。
      注意:离心铸造设备开始尽快铸造机盖关闭操作。离心手臂在425 rpm的速度对应于在所述牺牲图案的模腔中的入口速度旋转时,V R = 8.03Hz米/秒28 29图5中,其中入口速度是使用宏观粒子动力学从角度计算离心铸造的速度臂28,29。
    16. 关闭离心铸造机的功率臂​​的3分钟后旋转。
    17. 打开连铸机的盖子。
    18. 以石膏模出使用钳瓶摇篮。
    19. 保持在RT模具15 - 20分钟,直到熔融合金的颜色回到它原来的一个在固相上。
    20. 使用钳,淬火在水中的石膏模在RT放置在一个桶(30升)约5分钟。确保该石膏模具的温度接近室温淬火后。
    21. 为了获得在模具内的晶格金属,溶解模具在水中。石膏的模具很容易在水中溶解。

4.后置处理八角桁架金属的最终产品

  1. 打开一个喷砂的电源。
  2. 放置喷砂内的平台上的八角体桁架的金属和关闭机器的门。
  3. 戴上手套和抢喷砂手枪。
  4. 抓住金属制品的浇道部,并与喷砂2小时从晶格金属吹熄残余石膏。
    注意:喷砂的强度自动在550千帕大约固定。一旦喷砂被操作时,则空气从手枪自动退出。
  5. 保持喷砂运行,直到八角体桁架金属内部的投资石膏渣完全,而用肉眼检查去除。
    注:上没有拆除石膏渣的微观标准。这超出了本研究的范围。 ŧ他除去石膏残余物容易用肉眼确定。因为八角体桁架是一个开放的单元结构,可以看到,通过并检查是否石膏残留物完全除去。
    需要使用喷砂不与在高压(550千帕)的薄壁厚度(0.5mm)的损坏八角体桁架金属注意:注意。
  6. 如果该八位位组桁架金属内的投资石膏残余物未完全与喷砂除去,使用附加的后处理的方法; 例如 ,超声波清洗或离开产品在水中一天。
  7. 在使用超声清洁器的情况下,填充0.7升的水进入超声波清洗,并将与石膏渣八角体桁架金属在超声波清洗器。
    1. 打开的超声波洗涤机的功率。
    2. 设置一个操作条件; 例如,在70℃3小时。
    3. 取八角体桁架金属出的超声波洗涤机的一次次E操作结束。
    4. 干燥在RT的八角体桁架金属直到在金属表面上的水完全除去。
  8. 作为一种替代的后处理方法,留在水中的八角体桁架金属。这将导致石膏剩余物溶解于水。
    1. 放置八角体桁架金属与水的石膏渣和离开它一天,使得投资石膏和金属表面之间的结合力变得减弱在水中。
    2. 就拿八角体桁架金属出来的水。
    3. 干燥在RT的八角体桁架金属直到在金属表面上的水完全除去。
  9. 使用锯或其它适当的工具,切断填充浇道系统的一部分的空腔中的金属从金属制品中,用一个大小为25mm×25mm的×25mm的获得最终的八角体桁架金属, 如图1B所示

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Representative Results

使用在协议部分中描述的间接添加剂制造中,使用铝和铜的合金制造八角体桁架的金属,如示于图1中的整个铸造过程总结于图2中的步骤包括八个部分:(一)的牺牲图案印刷(二)融出支持材料(c)去除支撑材料(D)模组件(五)投资(F)烧坏牺牲图案(G)离心铸造,及(h)的残留物的后处理。 如图3中的投资混合过程是为了确保有在投资-水混合物无结块,进行的。在烧尽过程进行6小时至熔出牺牲图案如图4,随后是离心铸造工艺( 图2G图5)。 图6示出八角体桁架金属的最终产品的Al和Cu的合金。它表明,在熔融Al合金完全填满整个格子模腔不浇不足。另一方面,熔融Cu合金出现在熔融金属的喷射在进气口的早期阶段与过早凝固铸造缺陷。

图1
图1八角桁架结构示意图与浇道系统。图1示出八角体桁架结构与在本研究中所使用的浇口系统的牺牲花纹的示意图。浇道系统包括一个1mm厚的片材,25毫米宽,并且具有在高10毫米和6毫米直径的一个支柱的。浇道系统可以使用CAD软件,如果需要进行修改,对液态金属的更好的流动性的设计。请点击此处查看该图的放大版本。

图2
图2.间接AM用离心铸造过程的概述:(A)图案印刷(B)融出支撑材料(C)去除支撑材料的残留量( )模型组件(E)的投资(F)烧伤牺牲图案(G)的离心铸造,和(H)后处理的-out。此图显示了使用具有离心浇铸间接AM制造八角体桁架金属的整个过程。 请点击此处查看本图的放大版本。

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图3.石膏模的制备工作计划。 图3显示了石膏模具,并在烧瓶心狠程序的准备工作。 请点击此处查看该图的放大版本。

图4
图4.烧坏牺牲图案里面的石膏模的日程安排。 图4显示了混合硬化里面牺牲图案的燃烧过程。 请点击此处查看该图的放大版本。

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图5.离心铸造机的原理图中的离心铸造机由八个部分组成:主轴,底座,铸造手臂,重量,烧瓶摇篮,高举双臂,坩埚座瓶支架,以及坩埚持有武器。外壳臂沿铸造手臂移动的重量平衡。 请点击此处查看该图的放大版本。

图6
图6.八角桁架金属的最终产品:(A)和铝(B)铜合金八角桁架结构。它显示了八角体桁架铝合金一个相当不错的完成度。另一方面,完成的不良程度与八角体桁架Cu合金观察。文件/ ftp_upload / 53605 / 53605fig6large.jpg“目标=”_空白“>点击此处查看该图的放大版本。

属性 值[单位]
密度在20℃ 1019 [千克/米^ 3]
20℃的热导率 0.47 [W /(M * K)]
20℃的热膨胀系数 7.22E-6 /°C]
粗糙度 2.72E-6 [M]。

1。 投资粉末的性质。该表显示在本研究中使用的投资粉末的物理性质。

40毫升水至100克粉末
瓶径高度
5.08厘米 6.35厘米 7.62厘米 8.89厘米 10.16厘米 12.7厘米 15.24厘米
6.35厘米 226.8克91毫升 283.5克114毫升 340.19克136毫升 396.89克160毫升 453.59克183毫升 566.99克228毫升
(上图 - 投资粉末(克),底部的数字 - 水(毫升))
注意:在此研究中,使用具有6.35厘米的高度,直径6.35厘米的烧瓶中。

2 。混合粉末的投资条件与水的变瓶大小:此表显示了投资粉末和水由制造商推荐的不同瓶大小的混合条件。在这项研究中,使用具有6.35厘米的高度,直径6.35厘米的烧瓶中。

(一)的Al合金的化学成分
材料单元
铝合金化学成分
阿尔
Min./Max。 > 99 <0.05
(二)的Al合金的物理性质
属性单元
液相线温度 660℃
660℃
密度 2,340 [千克/米^ 3] @ 850℃
比热 1,090焦耳/公斤∙℃,
导热系数 0.9428 [W /(厘米*℃)] @ 850℃
粘性 0.00087 [帕∙S] // @ 850℃
表面张力系数 900牛顿/毫米]

铝合金30 3 化学成分和物理性质:(1)铝合金及(b)Al合金的物理性能的化学成分。

(一)Cu合金的化学成分
材料单元
铜合金(青铜饰品) 化学成份(%最大,除非以平均值的范围)
Min./Max。 91.9 4 4 0.25马克斯 0.25马克斯
(二)Cu合金的物理性质
属性单元
液相线温度 1035℃,
固相线温度 1005℃,
密度 7200 [千克/米^ 3] @ 1200℃ 比热 380焦耳/公斤∙℃,
导热系数 1.44 [W /(厘米*℃)] // @ 1200℃
粘性 0.0038 [帕∙S] // @ 1200℃
表面张力系数 1500 [牛顿/毫米]

铜合金30 4 化学成分和物理性质:(1)Cu合金和(b)Cu合金的物理性能的化学成分。

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Discussion

对于传统的金属铸件,它以保持熔融金属的流动顺畅,并在模腔“层状”精简,而避免不规则和搅拌流中紊流27一般观察是很重要的。因此,正确设计用离心臂的旋转速度,以保持熔融金属的晶格型腔'层'内的流相关联的浇道系统的入口是重要的。

在这项研究中,该协议的关键步骤是与水,烧尽牺牲图案的投资粉末的混合中,并且离心铸造工艺。投资粉末与水的混合过程是重要的,因为石膏模具的质量主要是由该方法的控制,随后影响八角体桁架金属的最终产品的完成程度。例如,如果投资 - 水混合物太粗糙,表面roughnESS变高,从而导致最终产品的表面光洁度差。该牺牲花纹的烧尽过程也是至关重要的,以确定最终产品的质量,因为牺牲图案的残余物引起的铸造缺陷,如浇不足或金属渗透如果牺牲图案不完全烧尽。最后关键步骤是离心铸造工艺。铸造正确的设置,需要充分填写液态金属出在投资型腔与复杂的网络状的八角体桁架结构。

如在图6中可以看出,在相同的处理条件下, 例如 ,在入口速度,熔融金属,模具的预热温度的入口温度,Cu合金示出了在格子模腔过早凝固带的壁厚为0.5mm( 如图6(b))。这被认为是由高表面张力(1500牛顿/平方毫米),高粘度(0.00038帕·秒)引起的通过在晶格模腔中的微通道Cu合金。另一方面,看来(S 0.00087帕·)熔融Al合金的相对低的表面张力系数(900牛顿/平方毫米)和粘度使其能够充分填充八角体桁架晶格模腔。它建议找熔融金属的最佳入口速度为,以克服在熔融金属的流动方向的突然变化和表面张力中的微通道的影响铸造三维网络晶格结构的薄的壁厚格构模腔。

的熔融金属的表面张力效应被称为是占主导地位的在薄的信道,其中可以应用在此研究此晶格腔模的几何形状。有可能制造一个晶格Cu合金具有较厚的壁厚和所证明在我们以前的工作28-29离心铸造的较高的注射速度。

直接AM方法SUCH作为SLM和EBM都被认为是可能的制造方法轻量级3D点阵金属。然而,直接调幅方法出现在选择材料加以限制。例如,当前的EBM技术仅限于钛6AL-4V和Inconel 31。尽管其在航空航天和生物植入应用,铝广泛使用的,例如,不被使用这种技术生产的。理论上,它可以是能够通过对工艺参数紧密控制的直接调幅扩展到其他粉末金属。然而,实际上,直接调幅已报道有在与高的光反射率和高导热性, 例如 ,Al的金属粉末的制造部件的困难。此外,构建室内蒸发和可能的爆炸已经发出了铝粉31。

所提出的间接AM技术是显著,因为这使制造晶格结构与金属哪里直接AM方法遇到困难,产生通过扩大金属的选择范围与授权直接和间接的AM三维晶格金属的整体制造能力。此外,离心铸造,在这项研究中的一个步骤,已知的是提供的金属部件的各向同性特性,由于熔融金属的相对相等传播到模腔中。这可能会解决造成双方分层制造和谷物20-21的各向异性地层各向异性直接AM当前问题。

探索间接AM与工艺参数对晶格几何效应共同研究其他金属将留给我们今后的工作。

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Acknowledgments

这项研究从科研副校长及经济发展北德克萨斯大学的科研启动资助(RIG)(UNT)的支持。作者还感谢KCIS有限公司的部分支持这项研究。从PACCAR技术学院UNT这份出版物的成功的支持是极大的赞赏。

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.
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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.
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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.

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References

  1. Gibson, L. J., Ashby, M. F. Cellular Solids-Structure and properties. , Cambridge University Press. Cambridge, UK. (1997).
  2. Schaedler, T. A., et al. Ultralight Metallic Microlattices. J. Science. 334 (6058), 962-965 (2011).
  3. Zheng, X., et al. Ultrastiff Mechanical Metamaterials. J. Science. 334 (6190), 1373-1377 (2014).
  4. Ju, J., Summers, J. D., Ziegert, J., Fadel, G. Design of Honeycombs for Modulus and Yield Strain in Shear. J. Eng. Mater. & Technol. 134 (1), 11-22 (2012).
  5. Lee, J., Kim, K., Ju, J., Kim, D. M. Compliant Cellular Materials with Elliptical Holes: Materials Design with Mechanisms. Transactions of the ASME: Eng. Maters. & Technol. 131 (1), 1-14 (2015).
  6. Tan, H., Qu, S. Chap 6: Impact of Cellular Materials. Cellular and Porous Materials in Structures and Processes. , CISM International Centre for Mechanical Science, Springer. (2010).
  7. Phani, A. S., Woodhouse, J., Fleck, N. A. Wave Propagation in Two-Dimensional Periodic Lattices. Acoust. Soc. A. 119 (4), 1995-2005 (2006).
  8. Kumar, R. S., McDowell, D. L. Rapid Preliminary Design of Rectangular Linear Cellular Alloys for Maximum Heat Transfer. AIAA. 42 (8), 1652-1661 (2004).
  9. Banhart, J., Weaire, D. On the Road Again: Metal Foams Find Favor. Physics Today. 55 (7), 37-42 (2002).
  10. Wadley, H. N. G., Fleck, N. A., Evans, A. Fabrication and Structural Performance of Periodic Cellular Metal Sandwich Structures. Comp. Sci. and Technol. 63, 2331-2343 (2003).
  11. Mori, L. F., et al. Deformation and Fracture Modes of Sandwich Structures Subjected to Underwater Impulsive Loads. Mech. of Mater. & Struct. 2 (10), 1981-2006 (2007).
  12. Queheillalt, D. T., Murty, Y., Wadley, H. N. G. Mechanical Properties of an Extruded Pyramidal Lattice Truss Sandwich Structure. Scripta Materialia. 58 (1), 76-79 (2008).
  13. Queheillalt, D. T., Desphande, V. S., Wadley, H. N. G. Truss Waviness Effects in Cellular Lattice Structures. Mech. of Mater. & Struct. 2 (9), 1657-1675 (2007).
  14. Mullen, L., Stamp, R. C., Brooks, W. K., Jones, E., Sutcliffe, C. J. Selective Laser Melting: A Regular Unit Cell Approach for the Manufacture of Porous, Titanium, Bone In-Growth Constructs, Suitable for Orthopedic Applications. Biomed. Mater. Res. Part B: Appl. Biomaterials. 89, 325-334 (2009).
  15. Murr, L. E., et al. Next-Generation Biomedical Implants using Additive Manufacturing of Complex, Cellular and Functional Mesh Arrays. Phil. Trans. R. Soc. A. 368, 1999-2032 (2011).
  16. Murali, K., et al. Direct Selective Laser Sintering of Iron-Graphite Powder Mixture. Mater. Proc. Technol. 136, 179-185 (2003).
  17. Lott, P., et al. Design of an Optical System for the In-Situ Process Monitoring of Selective Laser Melting (SLM). Ph. P. 12, 683-690 (2011).
  18. Song, B., Dong, S., Liu, Q., Liao, H., Coddet, C. Vacuum Heat Treatment of Iron Parts Produced by Selective Laser Melting: Microstructure, Residual Stress, and Tensile Behavior. Mater. Design. 54, 727-733 (2014).
  19. Yadroitsev, I., Smurov, I. Surface Morphology in Selective Laser Melting of Metal Powders. Ph. P. 12, 264-270 (2011).
  20. Antonysamy, A. A., Meyer, J., Prangnell, P. B. Effect of Build Geometry on the β-grain Structure and Texture in Additive Manufacture of Ti-6Al-4V by Selective Election Beam Melting. J. of Mat. Charact. 84, 153-168 (2013).
  21. Ladani, L. Local and Global Mechanical Behavior and Microstructure of Ti6Al4V Parts Built Using Electron Beam Melting Technology. J. of Metalllur. & Mater. Trans. 46, (2015).
  22. Chiras, S., et al. The Structural Performance of Near-Optimized Truss Core Panels. Solids Struct. 39, 4093-4115 (2002).
  23. Meisel, N. A., Williams, C. B., Druschitz, A. Lightweight Metal Celluar Structures via in Direct 3D Printing and Casting. Proceedings of the 24th Solid Freeform Fabrication Symposium. , Austin, TX. (2013).
  24. Mun, J., Ju, J., Yun, B. -G., Chang, B. -M., Kim, D. -M. A Numerical Study of Molten Aluminum for Investment Casting of 3D Cellular Metals. Proceedings of the ASME International Mechanical Engineering Congress and Exposition. , San Diego, CA. IMECE2013-62847 (2013).
  25. Mun, J., Yun, B. -G., Ju, J., Chang, B. -M. Indirect Additive Manufacturing Based Casting of a Periodic 3D Cellular Metal - Flow Simulation of Molten Aluminum Alloy. Manufact. Process. 17, 28-40 (2015).
  26. Challapalli, A., Ju, J. Continuum Model for Effective Properties of Orthotropic Octet-Truss Lattice Materials. Proceedings of the ASME International Mechanical Engineering Congress and Exposition. , Montreal, Canada. IMECE2014-38925 (2014).
  27. Taylor, H. F., Flemings, M. C., Wulff, J. Foundry Engineering. , John Wiley. (1959).
  28. Mun, J., Ju, J., Thurman, J. Indirect Additive Manufacturing Based Casting (I AM Casting) of a Lattice Structure. Proceedings of the ASME International Mechanical Engineering Congress and Exposition. , Montreal, Canada. IMECE2014-38055 (2014).
  29. Mun, J., Ju, J., Thurman, J. Indirect Additive Manufacturing of a Copper Alloy Cubic Lattice Structure. Proceedings of the 25th Annual International Solid Freeform Fabrication Symposium. , Austin, TX. SFFS2014-55 (2014).
  30. Volume 2 Properties and Selection: Nonferrous Alloys and Pure Metals. Metals Handbook Ninth Edition. , American Society for Metals. Metals Park, Ohio. (1979).
  31. Romano, J., Ladani, L., Razmi, J., Sadowski, M. Temperature Distribution and Melt Geometry in Laser and Electron-beam Melting Processes - A Comparison Among Common Materials. J. of Additive Manuf. 8, 1-11 (2015).

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与超薄切片格金属制造间接使用离心铸造
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Mun, J., Ju, J., Thurman, J. Indirect Fabrication of Lattice Metals with Thin Sections Using Centrifugal Casting. J. Vis. Exp. (111), e53605, doi:10.3791/53605 (2016).

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