Summary
遠心鋳造を有するポリマーの3D印刷を組み合わせた間接的な添加剤の製造方法は、0.5mmの壁の厚さ5mmの単位セル長さを有する3次元オクテットトラス金属（AlとCuの合金）を製造するために概説されています。
Abstract
3D格子金属を製造する典型的な方法の1つは、選択的レーザ溶融（SLM）及び電子ビーム（EBM）溶融として直接金属添加物の製造（AM）プロセスです。その潜在的な処理能力にもかかわらず、直接AM方式は、高コスト、最終製品の貧弱な表面仕上げ、制限材料選択において、高い熱応力、および部品の異方性の性質のようないくつかの欠点があります。我々は、3次元格子金属を製造するためのコスト効果的な方法を提案します。本研究の目的は、複雑な形状と薄い壁厚を有する3次元格子金属の製造に関する詳細なプロトコルを提供することである5mmの単位セル長さとセル壁の厚さを有するAlとCuの合金で作られ、例えば 、オクテットトラス0.5mmの。 （a）は犠牲パターンの3D印刷（b）は、支持材料の溶融アウト（C）支持材料の残留物の除去（d）のパターンassembl：全体的な実験手順は、8つのセクションに分割されY（e）の投資（f）は、最終製品の犠牲パターン（g）の遠心鋳造（h）の後処理のバーンアウト。提案した間接的なAM技術は、超軽量の格子金属を製造する可能性を提供する。 例えば 、格子構造をAl合金で。間接的なAM技術によりオクテットトラス金属の最終生成物を観察し、プロセスパラメータを適切な材料及び格子形状に応じて制御する必要があると思われます。
Introduction
携帯金属が固体ストラットまたはプレートの相互接続されたネットワークで構成された金属であるとボイドとの複雑なマイクロアーキテクチャを有する1。例としては、I）ランダム構造確率フォームの両方を含む、およびii）周期的に2次元ハニカム三次元（3D）の格子トラス構造を命じました。彼らは、その高い比剛性と強度1-3と高い特定の弾力4-5、衝撃荷重6、防音7、熱放散と熱交換器8の可能な設計のための優れたエネルギー吸収に注目を集めています。特に、定期的に規則格子構造は、内部多孔性ネットワークの形状を制御する能力を有する優れた特性を設計する可能性を秘めています。
それらの複雑な内部多孔性ネットワークの形状には、従来のサブトラクティブmachininを用いた携帯金属を製造することは困難ですグラム。このように、研究者らは、細胞の金属を製造するための代替方法を探し始めている：液体金属中のガスを形成するか、発泡剤と金属粉末を混合確率的金属形態9を製造するために調べました。細胞のトポロジーの制御の欠如のため、機械的特性を調整することは困難です。また、定期的に注文した携帯金属の製造方法が模索された：周期構造10を作成するためにそれらを接合することにより、その後の波形形状に金属の薄いシートを打ち抜き、接合は繊維製品13を製造するために金属板11、押出12、織りや燃える金属フィラメントをスロット。これらの製造方法は、反復パターンを提供していても、パターンが依然として平面方向に制限されています。 3Dパターンの繰り返しを生成するための努力では、研究者は、添加剤製造（AM）を使用して開始し、 例えば 、選択的レーザ溶融（SLM）14、電子ビーム溶融（EBM）
金属鋳造でポリマーベースのAMを組み合わせることで格子金属を製造する代替方法を提供することができます。一つは、この「間接AM」を呼び出すことができます。間接的なAMは、上記金属の直接AMの技術的問題を克服するための解決策を提供することができます。いくつかの努力がミリアンペアされていますデ22-25をキャストベースの重力を有するポリマーの3Dプリントを組み合わせた間接的なAMを使用して、格子の金属を製造する; 例えば 、熱溶解積層法（FDM）と組み合わせインベストメント鋳造法を砂の粉と合わせ格子合金22-25または砂型鋳造を製造するためにAM 23ベース。彼らは、格子構造の金型25から26の鋭い角を持つネットワーク構造を満たしたときに溶融金属の突然の凝固によって引き起こさ湯回り不良及び多孔性-重力系鋳造を克服するための技術的な課題を残っているように見えますが。格子構造の金型の比較的大きな表面積はまた、早期の凝固25-26に生じる、急激な冷却に寄与するように見えます。
3Dプリント格子犠牲ポリマーパターンによって作られた格子金型キャビティへの遠心鋳造 - 本研究では、格子金属の製造中湯回り不良を克服することができる代替間接AMを提案します。私たちは、デジタルを使います光処理（DLP）は、AlおよびCu合金の遠心鋳造に続いて格子構造犠牲パターンを構築するためのベースの3D印刷方法。本研究の目的は、複雑な形状と薄い壁厚を有する3次元格子金属の製造に関する詳細なプロトコルを提供することです。このプロセスの主な寄与は、格子金属を製造するための低コストで材料の選択範囲を拡張する機会を提供することです。
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Protocol
実験1.計画
- 図1に示すように、コンピュータ支援設計（CAD）ソフトウェアを使用して犠牲パターン（スプルーシステムとのオクテットトラス構造）を描き、STLファイル形式としてCADモデルを保存します。
注：犠牲パターンは、最終的に鋳造するために溶融されるスプルーシステムとオクテットトラス構造の統合されたパターンです。犠牲パターンは、オクテットトラス構造とスプルーシステムの両方が含まれているため、それは正確にオクテットトラス自体を表すものではありません。犠牲パターンのSTLファイルが提供されます。金属「質量を計算するために使用されるCADソフトウェアによって提供される犠牲パターンの体積を記録します。 - パターンを印刷するための3Dプリンタに接続された3D印刷ソフトウェア上の犠牲パターンのCAD図面を開きます。
- 3Dプリンタは十分なUV硬化型/キャスタブルアクリルプラスチックとワックスからなる支持材料を持っていることを確認してくださいプリンタのカートリッジインチ
犠牲パターンの2製作
- オクテットトラス構造と3Dプリンタ（ - C図2A）を使用して、湯口システムからなる犠牲パターンを製造しています。
注意：2.1.3でのプロセス - サポート資料を生成しない3Dプリンタが使用されている場合2.1.7は必要ありません。- 犠牲パターン（ 図2A）を印刷するために3Dプリンタに犠牲パターンのSTLファイルを送信します。
- 2時間（ 図2B）のために- （70 C 60）支持体材料の溶融温度以上のオーブンで犠牲パターンの支持材を融解します。
注：支持材料を除去するための温度が高すぎてはなりません。それ以外の場合は、犠牲パターンに損傷を与える可能性があります。犠牲パターンは、この研究では、約80℃に傷つく開始します。
注：supporの溶融温度をTの材料は、異なる支持体材料を使用することができる3Dプリンタによって変化します。 - 2.5 Lにベビーオイルを上にして、デジタル超音波洗浄器に必要事項を記入し、掃除機に格納できる最大容量（ 図2C）。
注：これは、ワックス状担体材料の残留物を溶解するベビーオイルを使用する3次元プリンタの供給業者によって推奨されました。 - デジタル超音波洗浄器に犠牲パターンを入れて、クリーナー（ 図2C）の電源をオンにしてください。犠牲パターンが完全に油に沈めていることを確認します。
- 40分（ 図2C）のために65℃の油に犠牲パターンを浸漬することによって、支持体材料の残留物を取り除きます。
- 支持材料が完全に削除されている場合は掃除機から犠牲パターンを取り出します。
- RT（〜20℃）（ 図2C）でファンを犠牲パターンの乾燥を持っています。
注：これは、約2時間かかります犠牲パターンの表面にオイルが完全に乾燥するまで。表面が粘着性でない場合、完全に乾燥する犠牲パターンを考えてみましょう。
金型の3製作
- パターンアセンブリ
- 犠牲パターン（スプルーシステムとのオクテットトラス）にゴムパッキンを取り付け、6.35センチメートルの高さと6.35センチメートル（ 図2D）の直径を有する円筒形のフラスコの底の上に置きます。
注：各金属を鋳造するための2つのフラスコを準備します。 AlとCuの合金。 - ダブルチェック犠牲パターンを有するゴムガスケットを完全にフラスコの底部に取り付けられています。
- その手順を、次のセクションで説明される投資粉末 - 水混合物は、フラスコから漏れないように、ダクトテープでフラスコを包みます。
- 犠牲パターン（スプルーシステムとのオクテットトラス）にゴムパッキンを取り付け、6.35センチメートルの高さと6.35センチメートル（ 図2D）の直径を有する円筒形のフラスコの底の上に置きます。
- 投資金型の製造
- 投資粉末を準備します（たCaSO 4 3）で87.16ミリリットルで89グラム、の。投資粉末を計量のスケールを使用してください。
注：投資粉末の物性を表1に示します。 - ミキシングボウル（1 L）に投資粉末を注ぎます。
- ミキシングボウルに水（114ミリリットル）を注ぎます。水の量を測定するために、ビーカーを使用してください。
- 3分間ボウルに水と投資の粉を混ぜます。投資粉末 - 水混合物中の塊が存在しなくなるまでよく混ぜます。それ以外の場合は、投資型の貧弱な表面品質を引き起こし得ます。 図3に示すように、作業の流れに従ってください。
- 気泡が裸目（ 図3）との混合物に見られなくなるまで、混合物内の気泡を除去するために、90秒間真空チャンバ内にボウルを置きます。
- 犠牲パターンとゴムパッキン（ 図2E）を埋め込 むフラスコに混合物を注ぎます。
- FLAを配置混合物（図3）の内部に気泡の残留物を除去するために90秒間再び真空チャンバー中のK。
- それはRT（ 図3）で硬化されるまで、フラスコ内の混合物を乾燥させます。
注意：通常は、約10かかり - RTで硬化される混合物のための15分。 - 混合物を（ 図3）硬化された後、フラスコ内の混合物の底でフラスコとゴムパッキンを取り外します。この製品は、石膏型と呼ばれてもよいです。
- 投資粉末を準備します（たCaSO 4 3）で87.16ミリリットルで89グラム、の。投資粉末を計量のスケールを使用してください。
- 燃え尽きる
- 2.1℃/分で150℃まで23から（ 図4）加熱の加熱を、以下のスケジュールを冷却しながら炉内でバーンアウト時間を設定します。 3.7℃/分で150〜370℃; 1.85℃/分で370〜480℃; 4.17℃/分で480〜730℃; 1時間730℃; -4.17℃/分で480℃に730を冷却します。
注：バーンアウトvarに時間をフラスコの大きさに居住。本研究では、6時間にバーンアウト時間を設定します。 - 炉（ 図2F）に石膏型を置きます。
- 炉の電源をオンにし、石膏型の内側に犠牲パターンを除去するために、炉内の温度を上昇させます。 図4の温度条件に従ってください。
注：UV硬化性/キャスタブルアクリルプラスチック、犠牲パターンの材料は、熱硬化性アクリルポリマープラスチックであるため、それは流れないが、炉内の気相に分離されます。
- 2.1℃/分で150℃まで23から（ 図4）加熱の加熱を、以下のスケジュールを冷却しながら炉内でバーンアウト時間を設定します。 3.7℃/分で150〜370℃; 1.85℃/分で370〜480℃; 4.17℃/分で480〜730℃; 1時間730℃; -4.17℃/分で480℃に730を冷却します。
- 遠心鋳造 （ 図2G）
- 遠心鋳造機のアームが遠心鋳造機の電源投入後タコメーターを使用して、425回転の角速度で回転することを確認してください。
- 150グラム合金が溶融するために保持することができる2つのセラミックるつぼを準備します。電子で汚染されてからそれらを保つためにAlおよびCuの合金の別々のるつぼを使用他のACH。
- 遠心鋳造機の電源をオンにします。
- 長さが20ミリメートル - 金属カッターを使用して、10と片に合金を切ります。完全にそのボリューム犠牲パターンと同じにする必要があり、金型キャビティを満たすのに十分なそれらを準備します。
注：金型キャビティの同じ体積を記入するために必要な金属の質量は、各金属のための様々な密度を考慮して変化します。 - 難燃性布や手袋、ゴーグルを着用してください。 RTでバケツの水（30 L）を準備します。
- 、3.3節で一時的に出て炉からの石膏型を取るフラスコクレードルにそれをインストールし、遠心鋳造機（ 図5）の腕のバランスをとります。
- キャスティングの前に戻って482℃まで炉予熱までの石膏型を置きます。
- るつぼホルダ（ 図5）に坩堝を置きます。
- るつぼに刻んだ合金を入れてください。
- 酸素のバルブを開き、タンクは、酸素アセチレントーチに接続し、96.5キロパスカル（14 PSI）のタンク内の圧力レベルを維持します。
- 軽量化と酸素 - アセチレントーチを点火し、ガスのミックスを調整することにより、炎の強さを制御します。
注：酸素 - アセチレントーチを使用する場合は注意が必要です。トーチのその最高温度は約1200℃です。 - 合金が完全に液体になるまでるつぼ中にトーチでみじん切り合金（Al合金またはCu合金）を溶かします。
- みじん切り合金が完全に溶融されるまで、炭素棒でるつぼ内の合金をかき混ぜます。
- バック次の溶融合金（ 図5）を含むるつぼにフラスコクレードルに石膏型を置きます。
- 遠心鋳造機のカバーを閉じ、遠心アームを聞かせて回転させると、少なくとも3分間待ちます。
注：遠心鋳造機とすぐ鋳造機のカバーが閉じているように動作を開始します。遠心アーム犠牲パターンのモールドキャビティに流入速度に対応する425回転の速度で回転し、入口速度は角度から巨視的粒子のダイナミクスを使用して計算され、図5でのV R = 8.03メートル/秒28,29遠心鋳造アーム28,29の速度。 - アームの3分の回転後の遠心鋳造機の電源をオフにします。
- 鋳造機のカバーを開けます。
- トングを用いてフラスコクレードルのうち、石膏型を取ります。
- 溶融合金の色は固相で元の1になるまで20分 - 15 RTで金型を保管してください。
- トングを使用して、約5分間RTでバケット（30 L）に入れ、水に石膏型を急冷。石膏型の温度は、焼入れ後のRTに近いことを確認してください。
- 金型内部の格子金属を得るためには、溶解水にカビ。石膏製の型は、水に溶けやすいです。
オクテットトラス金属の最終製品の4ポスト処理
- サンドブラスターの電源をオンにします。
- サンドブラスター内側プラットフォームにオクテットトラス金属を配置し、機械のドアを閉じます。
- 手袋を着用してくださいとサンドブラスターピストルをつかみます。
- 金属製品の湯口部分をつかみ、2時間サンドブラスターとの格子金属から残留石膏を吹き消します。
注意：サンドブラスターの強度は、自動的に550キロパスカルで約固定されています。サンドブラスターを作動されると、その後、空気はピストルから自動的に出てきます。 - 肉眼で確認しながら、オクテットトラス、金属内部の投資石膏残留物が完全に除去されるまで、サンドブラスターを実行したまま。
注：石膏残留物の除去に関する微視的な基準はありません。これは、本研究の範囲を超えています。 T彼石膏残留物の除去が容易に肉眼で判断されます。オクテットトラスは、オープンセル構造であるため、透けて見えると石膏残基が完全に除去されているかどうかどうかを確認することが可能です。
注意：注意は、高圧（550キロパスカル）で薄い壁の厚さ（0.5ミリメートル）で、オクテットトラス金属を損傷しないようにサンドブラスターのために必要とされます。 - オクテットトラス、金属内部の投資石膏残留物が完全にサンドブラスターで除去されていない場合は、追加の後処理方法を使用し、 例えば 、超音波洗浄または一日のために水の中に製品を残します。
- 超音波洗浄器を用いた場合には、超音波洗浄器に0.7 Lの水を充填し、超音波洗浄器に石膏残基にオクテットトラス金属を配置します。
- 超音波洗浄機の電源をオンにします。
- 例えば、70℃で3時間、運転条件を設定します。
- 一回目の超音波洗浄機のうち、オクテットトラス金属を取りますE動作を終了します。
- 金属表面の水が完全に除去されるまでRTでオクテットトラス金属を乾燥させます。
- 代替後処理方法としては、水中でのオクテットトラス金属を残します。これは、石膏残留物を水に溶解させます。
- 水中での石膏残基とオクテットトラス金属を置き、投資石膏と金属表面との結合力が水に弱めるとなるように一日のためにそれを残します。
- 水のうち、オクテットトラス金属を取ります。
- 金属表面の水が完全に除去されるまでRTでオクテットトラス金属を乾燥させます。
- 鋸または他の適切なツールを用いて、金属製品のうち、湯口系部品の空洞を充填した金属を切断し、 図1（b）に示すように 25ミリメートル×25mm×25mmの寸法を有する最終的なオクテットトラス金属を得ます。
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Representative Results
プロトコルセクションで説明した間接的な添加剤の製造を使用して、Al及びCuの合金は、図1に示すように、製造オクテットトラス金属のために使用された全体の鋳造手順は図2に要約されている手順では、8つのセクションで構成されています。。（a）の犠牲支持材料の残留物のパターン印刷（b）は、支持材料の溶融アウト（c）の除去（D）パタンアセンブリ（E）投資（f）は犠牲パターン（G）のアウトバーン遠心鋳造、及び（h）の後処理。 図3に示すように、投資の混合プロセスは、投資-水混合物内に塊が存在しないことを確認するために行った。バーンアウトプロセスは、犠牲パターンを溶融するために6時間実施した。図に示すように遠心鋳造法（ 図2Gおよび図5）に続いて4、。 図6Al及びCuの合金とオクテットトラス金属の最終製品を示しています。これは、Al合金溶湯が完全に湯回り不良なしに格子全体の金型キャビティを満たすことを示しています。一方、溶融Cu合金は、入口での溶融金属の注入の初期段階で早期の凝固と鋳造欠陥を有すると思われます。
図1.スプルーシステムとのオクテットトラス構造の模式。図1は、本研究で用いたスプルーシステムとオクテットトラス構造の犠牲パターンの概略図を示します。湯口系は厚さ1mmのシートを、幅25mm、高さ10mmから直径6mmを有する柱で構成されています。必要に応じて湯口システムは、液体金属のより良好な流動性の設計のために、CADソフトウェアを使用して変更することができます。この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。
図2.遠心鋳造方法で間接AMの概観：（A）パターン印刷（B）メルトアウトのサポート材料（C）支持体材料の残留物の除去を（D）パターンアセンブリ（E）投資（F）焼きます犠牲パターン（G）遠心鋳造、及び（H）後処理の-out。この図は、遠心鋳造との間接的なAMを使用して、オクテットトラス金属を製造する上で全体の手順を示している。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。
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石膏型の製造上の図3.仕事のスケジュールを。 図3は、石膏型、フラスコにそれを硬化させる手順の調製を示す。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。
石膏型の内部に犠牲パターンの図4.バーンアウトスケジュール。 図4は 、硬化混合物内部の犠牲パターンのバーンアウトプロセスを示している。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。
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。メインシャフト、ベース、アームを鋳造、重み、フラスコクレードル、フラスコのクレードル腕、るつぼホルダー、およびルツボ保持アームを保持します。 図5. A遠心鋳造機の概略遠心鋳造機は、8つのコンポーネントで構成されます。ケーシングのアームは、鋳造アームに沿って重みを移動するとバランスが取れている。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。
オクテットトラス金属の図6.最終的な製品：（A）Alと（B）Cu合金とのオクテットトラス構造。これは、オクテットトラスAl合金上の完了のかなり良い度を示しています。一方、終了の悪い程度は、オクテットトラスCu合金で観察されます。ファイル/ ftp_upload / 53605 / 53605fig6large.jpg "ターゲット=" _空白 ">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。
| プロパティ | 値[単位] |
| 20℃での密度 | 1019 [kg /日メートル^ 3] |
| 20℃における熱伝導率 | 0.47 [W /（m個の*のK）] |
| 20℃での熱膨張係数 | 7.22E-6 [/°C] |
| 粗さ | 2.72E-6 [メートル] |
表 1。 インベストメント粉末の特性：この表は、この研究で使用投資粉末の物理的特性を示します。
| 100グラムの粉末に40ミリリットルの水 | |||||||
| フラスコ直径 | 高さ | ||||||
| 5.08センチメートル | 6.35センチメートル | 7.62センチメートル | 8.89センチメートル | 10.16センチメートル | 12.7センチメートル | 15.24センチメートル | |
| 6.35センチメートル | 226.8グラム91ミリリットル | 283.5グラム114ミリリットル | 340.19グラム136ミリリットル | 396.89グラム160ミリリットル | 453.59グラム183ミリリットル | 566.99グラム228ミリリットル | |
| （トップフィギュア - 投資粉末（G）、ボトムフィギュア - 水（ミリリットル）） | |||||||
| 注：この研究では、6.35センチ高さおよび6.35 cmの直径のフラスコが使用されます。 | |||||||
表 2。変化させるための水と投資粉末の混合条件フラスコサイズ：この表は、メーカーが推奨する様々なフラスコサイズの投資粉末と水の混合条件を示しています。この研究では、6.35センチ高さおよび6.35 cmの直径のフラスコが使用されます。
| （a）は、アルミニウム合金の化学組成を | |||
| 材料 | 単位 | ||
| アルミニウム合金 | 化学組成 | ||
| アル | クロム | ||
| Min./Max。 | > 99 | <0.05 | |
| （b）は、Al合金の物性 | |||
| プロパティ | 単位 | ||
| 液相温度 | 660°C | ||
| 660°C | |||
| 密度 | 2340 [kg /日メートル^ 3] 850°C @ | ||
| 比熱 | 1090 J / kgの∙°C | ||
| 熱伝導率 | 0.9428 [W /（℃センチ*）] 850°C @ | ||
| 粘度 | 0.00087 [Paの∙s]は@ 850°C | ||
| 表面張力係数 | 900 [N / mm]で | ||
表 3 の化学組成とAl合金30の物理的性質：Al合金の（a）の化学組成とAl合金の（b）の物性。
| （a）は、銅合金の化学組成を | |||||||||||||
| 材料 | 単位 | ||||||||||||
| 銅合金（ジュエリーブロンズ） | 化学組成（％最大、平均値の範囲として示されていない限り） | ||||||||||||
| 銅 | シ | 亜鉛 | ミリグラム | 鉛 | |||||||||
| Min./Max。 | 91.9 | 4 | 4 | 0.25マックス | 0.25マックス | ||||||||
| （b）は、Cu合金の物性 | |||||||||||||
| プロパティ | 単位 | ||||||||||||
| 液相温度 | 1035°C | ||||||||||||
| 固相線温度 | 1005°C | ||||||||||||
| 密度 | 7200 [kg /日メートル^ 3] 1200°C @ | 比熱 | 380 J / kgの∙°C | ||||||||||
| 熱伝導率 | 1.44 [W /（センチメートル*の℃）] 1200°C @ | ||||||||||||
| 粘度 | 0.0038 [Paの∙s]は@ 1200°C | ||||||||||||
| 表面張力係数 | 1500 [N / mm]で | ||||||||||||
表 4 の化学組成とCu合金30の物理的性質：Cu合金の（a）の化学組成とCu合金の（b）の物性。
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Discussion
従来の金属鋳造のためには、金型キャビティの「層流」でスムーズかつ合理化溶融金属の流れを維持し、むしろ一般的に乱流27で観察された不規則な攪拌流を回避することが重要です。したがって、適切に格子モールドキャビティ「層状」内部の溶融金属の流れを維持するために遠心アームの回転速度に関連した湯口システムの注入口を設計することが重要です。
本研究では、プロトコルの重要なステップは、水、犠牲パターンのバーンアウトと投資粉末の混合、遠心鋳造法です。石膏鋳型の品質は、主に続いてオクテットトラス金属の最終製品の完成度に影響を与える、このプロセスによって制御されているため、水との投資粉末の混合過程が重要です。例えば、投資 - 水混合物が粗すぎる場合、表面roughnESSは、最終製品の貧弱な表面仕上げが得られ、高くなります。犠牲パターンのバーンアウトプロセスは、犠牲パターンが完全に切れていない場合、犠牲パターンの残基は、湯回り不良や金属浸透として鋳造欠陥の原因となるため、最終製品の品質を決定するためにも不可欠です。最後の重要なステップは、遠心鋳造法です。鋳造のための適切なセットアップが完全に複雑なネットワーク状のオクテットトラス構造で投資金型キャビティ内の液体金属を記入する必要があります。
例えば 、同一の加工条件で、 図6に見ることができる。、流入速度、鋳型の溶融金属、予熱温度の入口温度、Cu合金は、壁の厚さを有する格子型キャビティ内の早期の凝固を示すように0.5mmの（ 図6（b）参照 ）。これは、高い表面張力（1,500 N / mm）とし、高粘度（0.00038ペンシルバニア・s）でのによって引き起こされると考えられています格子型キャビティ内のマイクロチャネルを介してCu合金。一方、その比較的低い表面張力係数（900 N / mm）であり、粘度（0.00087ペンシルバニア・s）で表示された溶融アルミニウム合金の完全オクテットトラス格子金型キャビティを充填することを可能にします。溶融金属の流れ方向の急激な変化とのマイクロチャネル内の表面張力の影響を克服するために薄い壁厚を有する3次元ネットワークの格子構造を鋳造するための溶融金属の最適入口速度を見つけることが推奨されます構造的な金型キャビティを格子。
溶融金属の表面張力効果は、本研究では、この格子キャビティ型ジオメトリを適用することができる薄いチャネルで優勢であることが知られています。より厚い壁の厚さ、我々の以前の研究28-29で示されるように、遠心鋳造の高い射出速度と格子Cu合金を製造することが可能です。
ダイレクトAM方式のSUCSLMとEBMとしての時間は、軽量3D格子金属のための可能な製造方法のために考えられてきました。しかし、直接AM法は、材料の選択に制限されるように見えます。例えば、現在のEBM技術は、Ti-6AL-4V及びインコネル31に制限されます。航空宇宙バイオインプラント用途におけるその広範な使用にもかかわらず、アルミニウムは、例えば、この技術を用いて製造されていません。理論的には、プロセスパラメータの開閉制御を介して他の粉末金属に直接AMを拡張することが可能であってもよいです。しかし、実際に、直接AMは、例えば 、高い光反射率と熱伝導率の高い金属粉末で部品を製造することが困難であることが報告されている。、アル。また、ビルド室内の蒸発や爆発の可能性は、アルミニウム粉末31のために発行されています。
これは、ここで金属と格子構造を製造することができるので、提案間接AM技術が重要です直接AM法は、金属の選択の範囲を拡大することにより、直接および間接の両方のAMと3D格子金属の全体的な製造能力を力づける、その結果、困難を経験します。また、遠心鋳造は、この研究のステップは、モールドキャビティへの溶融金属の比較的均等拡散による金属部品の等方性の性質を与えることが知られています。これは、積層製造や穀物20-21の異方性形成の両方に起因する異方性に直接AMの現在の問題を解決することがあります。
格子ジオメトリ上のプロセスパラメータの効果についての研究とともに、間接AMのために他の金属を探ることは、当社の将来の仕事に残されます。
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Acknowledgments
この研究は、ノーステキサス大学の研究と経済開発のための副社長の研究開始グラント（RIG）（UNT）から支援を受けました。著者らはまた、部分的に、この研究を支援するためのKCIS株式会社に感謝します。本書の成功にUNTでPACCAR技術研究所からのサポートが大幅に高く評価されています。
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. |
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