Indirekte Fabrikasjon av Gitter Metals med tynne snitt Bruke Sentrifugal Casting

Summary

En indirekte additiv fremstillingsmetode som kombinerer en 3D-utskrift av polymerer med en sentrifugal-støpe er skissert for produksjon av 3D-oktett fagverksbjelkeelementene metaller (Al og Cu legeringer) som har en enhetscellelengde på 5 mm med en veggtykkelse på 0,5 mm.

Abstract

En av de typiske metoder for å produsere 3D-gitter metaller er direkte metall additiv produksjon (AM) prosess som Selective Laser Melting (SLM) og Electron Beam Melting (EBM). På tross av sitt potensial prosesseringsevne, har direkte AM metoden flere ulemper som høy pris, dårlig overflatebehandling av ferdige produkter, begrensning i valg av materialer, høy termisk stress, og anisotrope egenskaper av deler. Vi foreslår en kostnadseffektiv metode for å produsere 3D-gitter metaller. Formålet med denne studien er å tilveiebringe en detaljert protokoll om fabrikasjon av 3D-gitter metaller med en kompleks form, og en tynn veggtykkelse, for eksempel, oktett fagverk av Al og Cu-legeringer som har en enhetscellelengde på 5 mm og en celleveggtykkelse på 0,5 mm. En samlet eksperimentelle prosedyren er inndelt i åtte seksjoner: (a) 3D-utskrift av offer mønstre (b) smelte av bærermaterialer (c) fjerning av resten av bærermaterialer (d) mønstre forsamlingeny (e) investeringer (f) utbrenthet av offer mønstre (g) sentrifugal støping (h) etterbehandling for sluttprodukter. Den foreslåtte indirekte AM teknikk gir mulighet til å produsere ultra-lette gitter metaller;. F.eks gitterkonstruksjoner med Al-legeringer. Det ser ut til at prosessparametrene skal være riktig styrt avhengig av materiale og gitter geometri, observerer sluttproduktene med oktett fagverksbjelkeelementene metaller ved den indirekte AM teknikk.

Introduction

Cellular metaller er metallene består av et innbyrdes forbundet nettverk av faste stag eller plater og har komplekse mikro-arkitekturer med ¹ hulrom. Eksempler inkluderer både i) tilfeldig strukturerte stokastiske skum og ii) periodisk beordret to-dimensjonale (2D) honeycombs og tredimensjonale (3D) gitter truss strukturer. De har fått oppmerksomhet på grunn av deres høye spesifikke stivhet og styrke ^1-3 og høy spesifikk elastisitet ^4-5, utmerket energiabsorbering for påvirkning lasting ^6, akustisk isolasjon ^7, mulig utforming av varme dissipaters og varmevekslere ^8. Spesielt, periodevis bestilt gitter strukturer har potensial til ingeniør egenskapene overlegne med en evne til å kontrollere interne porøst nettverk geometri.

På grunn av deres komplekse indre porøst nettverk geometri, er det vanskelig å fremstille cellulære metaller ved hjelp av den konvensjonelle subtraktive Maskineringg. Som sådan, har forskerne begynt å lete etter alternative metoder for å dikte cellulære metaller: danner gass i flytende metall eller blande metallpulver med blåsemidler ble undersøkt for produksjon av stokastiske metallformer ^9. På grunn av mangel på kontroll over celle topologi, er det vanskelig å skreddersy mekaniske egenskaper. Alternativt ble produksjonsmetoder for periodisk bestilt cellulære metaller utforsket: stempling tynne ark av metall i en bølgeform etterfulgt av å bli med dem til å lage periodiske strukturer ^10, bonding slisset metallplater ^11, ekstrudering ^12, veving og enorme metalltråder å dikte tekstiler ^13. Selv om disse produksjonsmetodene gir repeterbare mønstre, blir mønstrene fortsatt begrenset i den plane retning. I et forsøk på å generere 3D mønster repetisjon, begynte forskerne å bruke additiv produksjon (AM), for eksempel, Selective Laser Melting (SLM) ^14, Electron Beam Melting (EBM) 16. Til tross for sin evne til å dikte 3D bestilt komplekse gitter geometrier, det finnes fortsatt noen begrensninger: vanskeligheter med å bruke metaller med høy varmeledningsevne og høy optisk reflektivitet ^17, høy varmegjenværende stress ^18, dårlig overflatefinish med "balling" fenomen under laser eller elektron smelte ^19, anisotrope egenskaper ^20-21 av deler som følge av en kombinert effekt av den lagdelte produksjon, anisotrop dannelse av korn, pulver størrelse, kraft og skannehastighet av laser eller elektronstråle ^15, høyt energiforbruk, etc.

Ved å kombinere polymer basert AM med metallstøping kan tilveiebringe en alternativ metode for å fremstille gitter metaller. Man kan kalle dette "indirekte AM". Indirekte AM kan tilveiebringe en løsning for å overvinne de tekniske problemene med direkte AM av metaller som er nevnt ovenfor. Flere tiltak har vært made å produsere gitter metaller ved hjelp av indirekte AM kombinere 3D printing av polymerer med gravitasjon basert casting ^22-25, for eksempel, en investering casting kombinert med smeltet deponering modellering (FDM) for å dikte opp en gitter legering ^22-25 eller sand casting kombinert med sand pulver basert AM ^23. Alvoret basert casting ser ut til å forbli en teknisk utfordring å overvinne - misrun og porøsitet forårsaket av plutselige størkning av smeltet metall når de møtes nettstrukturer med skarpe hjørner av gitter strukturelle former ^25-26. Forholdsvis stort overflateareal på gitterstrukturformer synes også å bidra til brå avkjøling, noe som resulterer i for tidlig størkning ^25-26.

I denne studien, foreslår en alternativ indirekte AM som kan overvinne den misrun under produksjon av gitter metaller - sentrifugal støping i et formhulrom gitter laget av et 3D trykt gitter offerpolymer mønster. Vi bruker et digitaltLight Processing (DLP) basert 3D-utskrift metode for å bygge et gitter strukturell offer mønster fulgt av sentrifugal støping av Al og Cu legeringer. Formålet med denne studien er å tilveiebringe en detaljert protokoll om fabrikasjon av 3D-gitter metaller med en kompleks form, og en tynn veggtykkelse. Det viktigste bidrag i denne prosessen er å tilveiebringe en mulighet for å utvide utvalget av materialer med lav fremstillingskostnad for fremstilling av gitter metaller.

Protocol

1. Planlegging av eksperiment

1. Tegn en offer mønster (en oktett truss struktur med en sprue system) ved hjelp av dataassistert konstruksjon (DAK) programvare som vist i figur 1 og lagre CAD-modellen som en STL-fil format.
   Merk: Offermønsteret er et integrert mønster av oktett fagverkskonstruksjon med et sprue system som skal til slutt smeltet for støping. Fordi offermønster omfatter både oktett truss struktur og sprue system, betyr det ikke akkurat representerer oktett truss selv. En STL-fil av offer mønsteret er gitt. Registrere volumet av offer mønster levert av DAK-programvare, som vil bli brukt til å beregne metall 'masse.
2. Åpne CAD tegning av offer mønster på 3D-utskrift programvare koblet til en 3D-printer for utskrift av mønsteret.
3. Kontroller at 3D-skriveren har nok UV kureres / castable akrylplast og et støttemateriale laget av en voksi blekkpatroner.

2. Fabrikasjon av Offer Pattern

1. Produksjon offermønster bestående av oktett Bindingsverk struktur og sprue systemet ved hjelp av en 3D-printer (Figur 2A - C).
   Merk: Prosesser i 2.1.3 - 2.1.7 er ikke nødvendig hvis en 3D-skriver som ikke genererer hjelpemidler anvendes.
   1. Send en STL-fil av offer mønster til 3D-printer til å skrive ut en offermønster (figur 2A).
   2. Smelt ut et bærermateriale av offer mønster i en ovn ved over smeltetemperaturen for støttematerialet (60 - 70 C) i 2 timer (figur 2B).
      Merk: temperatur for å fjerne bærermaterialet bør ikke være for høy. Ellers kan det forårsake skade på offer mønster. Offer mønsteret begynner å bli skadet på rundt 80 ° C i denne studien.
      Merk: smeltetemperatur support materialer varierer med 3D-skrivere hvor ulike hjelpemidler kan brukes.
   3. Fyll ut en digital ultrasoniske renere med babyolje opp til 2,5 L, maksimalt volum at renere kan inneholde (figur 2C).
      Merk: Det ble anbefalt av leverandøren av 3D-printer til å bruke babyolje for å løse rester av voks-lignende støtte materiale.
   4. Sett offer mønster i den digitale ultralyd renere og slå på strømmen av støvsugeren (figur 2C). Pass på at offer mønsteret er helt nedsenket i olje.
   5. Fjerne rest av bærermaterialet ved å dyppe offer mønster i oljen ved 65 C i 40 min (figur 2C).
   6. Ta ut offer mønster fra apparatet når bærermaterialet er fullstendig fjernet.
   7. Har offer mønster tørr med en vifte på RT (~ 20 C) (figur 2C).
      Merk: Det tar ca 2 timertil oljen på overflaten av offer mønsteret er fullstendig tørket. Betrakt offer mønsteret som skal tørkes fullt ut hvis overflaten ikke er klebrig.

3. Fabrikasjon av Mold

1. mønster Assembly
   1. Feste en gummipakning for å offer mønster (oktett fagverket med sprue system) og plassere dem på bunnen av en sylinderformet kolbe med en høyde på 6,35 cm og en diameter på 6,35 cm (figur 2D).
      Merk: Forbered to kolber for støping av hvert metall; Al og Cu legeringer.
   2. Dobbeltsjekk gummipakningen med offer mønsteret er fullstendig festet til bunnen av kolben.
   3. Pakk kolben med en tape, slik at investeringen pulver-vann-blanding, hvis fremgangsmåten vil bli beskrevet i det neste avsnitt, ikke kan lekke ut fra kolben.
2. Utarbeidelse av investerings Mold
   1. Forbered investering pulver (Caso ₄ 3) fra 89 g, noe som er 87.16 ml. Bruker en skala for veiing av den investering pulver.
      Merk: De fysiske egenskaper av den investering pulveret er vist i tabell 1.
   2. Hell investering pulveret inn i en blandebolle (1 L).
   3. Hell vann (114 ml) inn i blandebollen. Bruker et begerglass for å måle volumet av vann.
   4. Bland investering pulveret med vann i skålen i 3 min. Bland godt til det ikke er klumper i investerings pulver-vann blanding. Ellers kan det føre til dårlig overflatekvalitet investering mold. Følger arbeidsflyten, som vist i figur 3.
   5. For å fjerne luftbobler i blandingen, legg bollen i et vakuumkammer for 90 sek inntil luftboblene ikke kan sees i blanding med nakne øyne (figur 3).
   6. Hell blandingen i en kolbe embedding offer mønster og gummipakningen (figur 2E).
   7. Plasser flask i vakuumkammeret på nytt i 90 sekunder for å fjerne rester av luftbobler inne i blandingen (figur 3).
   8. Tørk blandingen inne i kolben inntil det er herdet ved romtemperatur (figur 3).
      Merk: Vanligvis tar det ca 10 - 15 min for blandingen å bli herdet ved RT.
   9. Fjern kolben og gummipakningen på bunnen av blandingen i kolben Når blandingen er herdet (figur 3). Dette produktet kan bli kalt en gipsform.
3. Brenne ut
   1. Sett opp en burn-out tiden i en ovn mens de følger oppvarming og kjøling tidsplan (figur 4) oppvarming 23-150 ° C på 2,1 C / min; 150-370 C til 3,7 ° C / min; 370-480 C ved 1,85 C / min; 480-730 C ved 4.17 C / min; 730 C i 1 time; kjøling 730-480 C ved -4,17 C / min.
      Merk: Tiden for utbrenthet Vartallet med størrelsen av en kolbe. I denne studien stiller utbrenthet tid til 6 timer.
   2. Plasser gipsformen i en ovn (figur 2F).
   3. Slå på ovnen og øke temperaturen i ovnen for å fjerne offermønsteret inne i gipsform. Flg temperaturtilstand i figur 4.
      Merk: På grunn av at UV-herding / støpbare akryl-plast, materialer av offer mønster, er en varmeherdende akryl-polymer plast, vil det ikke flyte, men er dissosiert til en gassfase i ovnen.
4. Sentrifugal Casting (figur 2G)
   1. Kontroller at sentrifugale avstøpning maskinen arm spinner med en vinkelhastighet på 425 rpm ved hjelp av en turteller etter å slå på strømmen av en sentrifugal støpemaskin.
   2. Forbered to keramiske digler som kan holde en 150 g legering å smelte. Bruk separate digler for Al og Cu legeringer for å holde dem fra å bli forurenset med each andre.
   3. Slå på strømmen av sentrifugal støpemaskinen.
   4. Ved hjelp av en metallkniv, hogge legeringene i biter med 10 - 20 mm i lengde. Forberede dem nok til fullt ut å fylle formrommet hvis volum bør være den samme som offer mønster.
      Merk: Massen av metaller som er nødvendige for å fylle ut det samme volumet av formrommet varierer med tanke på å variere densiteten for hvert metall.
   5. Bruk flammehemmende klær og hansker, og vernebriller. Forbered en bøtte med vann (30 L) ved RT.
   6. Ta gipsformen midlertidig ut fra ovnen i avsnitt 3.3, installere det i kolben vugge og balansere arm av sentrifugal støpemaskinen (figur 5).
   7. Plasser gipsformen tilbake til ovnen og pre-varme opp til 482 ° C før støping.
   8. Plasser digelen i digelen holderen (figur 5).
   9. Sett hakket legering i digelen.
   10. Åpne ventilen av en oksygentank som er forbundet med en oksygen-acetylenflamme og opprettholde et trykknivå i tanken på 96,5 kPa (14 psi).
   11. Antennes av oksygen-acetylenflamme med en lettere og kontrollere intensiteten av flammen ved å justere blandingen av gasser.
       Merk: Forsiktighet er nødvendig når du bruker oksygen-acetylen fakkelen. Den maksimale temperaturen på fakkelen er rundt 1200 ° C.
   12. Smelt hakket legering (Al-legering eller Cu legering) med fakkelen i smeltedigelen til legeringen helt blir flytende.
   13. Rør legeringen i digelen med en karbonstav inntil hakket legeringen er fullstendig smeltet.
   14. Plasser gipsformen i kolben vugge iden ved siden av smeltedigelen som inneholder smeltet legering (figur 5).
   15. Lukk dekselet på den sentrifugale avstøpning maskin, la sentrifugal armen rotere og vente minst i 3 min.
       Merk: sentrifugale avstøpning maskinen starter drift så snart som omslaget av støpemaskinen er lukket. Sentrifugal armroterer med en hastighet på 425 rpm, som svarer til innløpshastigheten ved formhulrommet av offer mønster, v _r = 8,03 m / sek ^{28, 29} i figur 5, hvor innløps-hastigheten blir beregnet ved hjelp av de makroskopiske partikkel dynamikk fra en vinkel hastigheten for sentrifugal støping arm ^{28, 29.}
   16. Slå av strømmen av sentrifugal støpemaskinen etter 3 min rotasjon av armen.
   17. Åpne dekselet til støpemaskinen.
   18. Ta gipsformen ut av kolben vugge bruker tang.
   19. Holde formen ved RT i 15 - 20 min inntil fargen av smeltet legering vender tilbake til sin opprinnelige en i den faste fase.
   20. Ved hjelp av en tang, slukke gipsformen i vann plassert i en bøtte (30 L) ved romtemperatur i ca 5 min. Pass på at temperaturen i gipsformen er nær RT etter slukke.
   21. For å oppnå gitteret metallet inne i formen, oppløsemugg i vann. Formen laget av gips løses lett i vann.

4. Post Processing for sluttproduktene med oktett Truss Metals

1. Slå på strømmen til en sandblaster.
2. Plasser oktett truss metaller på plattformen inne i sandblåseutstyr og lukke døren til maskinen.
3. Ta på hansker og ta tak i sandblaster pistol.
4. Grab sprue del av metall produkt og blåse ut den gjenværende gips fra gitteret metallet med sandblåseutstyr i 2 timer.
   Merk: Intensiteten av sandblaster automatisk fast omtrent på 550 kPa. Når sandblaster er operert, så luften kommer ut automatisk fra pistolen.
5. Hold Sandblaster kjører inntil investeringen gips rester inne i oktett truss metallet er helt fjernet mens sjekke med det blotte øye.
   Merk: Det er ikke en mikroskopisk kriterium på fjerning av gips rester. Dette er utenfor omfanget av denne studien. Than fjerning av gips residuet lett bestemmes med det blotte øye. Fordi oktett fagverket er en åpen cellestruktur, er det mulig å se gjennom, og sjekke om hvorvidt eller ikke den gips residuet helt fjernet.
   Merk: Forsiktighet er nødvendig for sandblåseutstyr for å ikke skade oktett fagverket metall med en tynn veggtykkelse (0,5 mm) ved høyt trykk (550 kPa).
6. Hvis investeringen gips rester inne i oktett truss metallet ikke er helt fjernet med sandblåseutstyr, bruke flere etterbearbeidingsmetoder, for eksempel, en ultrasonisk rengjøring eller forlater produktet i vannet for en dag.
7. Ved bruk av en ultralydrenser, fylles 0,7 l vann i den ultrasoniske renere og plasser oktett fagverk av metall med gips rest i ultralydrenser.
   1. Slå på strømmen av ultrasoniske renere.
   2. Sett en operasjon tilstand, for eksempel 3 timer ved 70 ° C.
   3. Ta oktett truss metall ut av ultrasoniske renere gang the operasjonen avsluttes.
   4. Tørk oktett fagverket metallet ved RT til vann på metalloverflaten er helt fjernet.
8. Som et alternativ etterprosesseringsmetode, lar oktett fagverket metall i vann. Dette fører gipsen resten for å bli oppløst i vann.
   1. Plasser oktett truss metall med gips resten i vann og la det for en dag slik at bindingskraft mellom investering gips og metalloverflaten blir svekket i vann.
   2. Ta oktett truss metall ut av vannet.
   3. Tørk oktett fagverket metallet ved RT til vann på metalloverflaten er helt fjernet.
9. Ved hjelp av en sag eller annet passende verktøy, skjære metallet fylte hulrom av sprue systemdelen ut av det metallprodukt og oppnå slutt oktett fagverket metall med en størrelse på 25 mm x 25 mm x 25 mm, som vist i figur 1B.

Representative Results

Ved hjelp av den indirekte additivet fremstillings beskrevet i fremgangs avsnitt, ble Al og Cu-legeringer som brukes for fremstilling av oktett truss metaller, som vist i figur 1. Hele støpeprosedyre er oppsummert i figur 2 Fremgangsmåten består av åtte deler:.. (A) offer mønster utskrift (b) smelter ut av støttemateriale (c) fjerning av rester av støttemateriale (d) mønster enheten (e) investeringer (f) utbrenthet av offer mønstre (g) sentrifugal støping, og (h) post- behandling. Investeringen blandeprosessen ble utført for å forsikre deg om at det ikke var noen klumper i investerings-vann-blanding, som vist i Figur 3. Det brenner ut prosessen ble gjennomført i 6 timer å smelte ut offermønster som vist i Figur 4, etterfulgt av sentrifugestøpeprosessen (figur 2G og figur 5). Figur 6viser sluttproduktene med oktett fagverksbjelkeelementene metaller med Al og Cu-legeringer. Den viser at den smeltede Al-legering fullt ut fyller hele gitteret formhulrommet uten misrun. På den annen side synes det smeltede Cu-legering for å ha en defekt støpe med for tidlig størkning på et tidlig stadium av injeksjon av smeltet metall ved innløpet.

Figur 1. En Skjematisk av oktetten Truss struktur med en Sprue System. Figur 1 viser en skjematisk fremstilling av en offer mønster av oktett fagverkskonstruksjon med et sprue system anvendt i denne studien. Sprue Systemet består av et ark av en tykkelse 1 mm, et 25 mm bredde, og en søyle med 10 mm høyde og 6 mm i diameter. Sprue systemet kan endres ved hjelp av CAD-programvare, om nødvendig, for utforming av bedre flyt av flytende metall. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figur 2. En oversikt over den indirekte AM med Sentrifugal Casting Procedure: (A) mønstre trykking (B) smelter ut av bærermateriale (C) fjernelse av rester av bærermateriale (D) mønstre enheten (E) investering (F) brenne utsjekking av offermønster (G) sentrifugal støping, og (H) etterbehandling. Denne figuren viser hele prosedyren med å bygge oktett truss metaller ved hjelp av indirekte AM med sentrifugal støping. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

e 3 "src =" / files / ftp_upload / 53605 / 53605fig3.jpg "/>
Figur 3. arbeidsplan for tilberedning av gipsformen. Figur 3 viser fremstilling av gipsformen og prosedyren for å herde den i kolben. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figur 4. Burn-out Schedule av Offer Pattern Inne i gipsform. Figur 4 viser burn-out prosessen av offer mønster inne i herdet blanding. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

d / 53605 / 53605fig5.jpg "/>
. Figur 5. Skjematisk av en Sentrifugal Casting Machine Den sentrifugale avstøpning Maskinen består av åtte komponenter: hovedaksel, basen, støping arm, vekter, kolbe vogge, kolbe vogge holdearmene, smeltedigel holder, og smeltedigel som holder armene. Dekselet arm er balansert med bevegelige vekter langs casting arm. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figur 6. sluttprodukt av oktetten Truss Metaller: oktett truss strukturer med (A) Al og (B) Cu legeringer. Det viser en ganske stor grad av ferdigstillelse på oktett truss Al-legering. På den annen side er en dårlig grad av fullfør observert med oktett fagverk Cu-legering.filer / ftp_upload / 53605 / 53605fig6large.jpg "target =" _ blank "> Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Eiendom	Verdi [enhet]
Tetthet ved 20 ° C	1019 [kg / m ^ 3]
Termisk ledningsevne ved 20 ° C	0,47 [W / (m * K)]
Termisk ekspansjonskoeffisient ved 20 ° C	7.22E-6 [/ ° C]
ruhet	2.72E-6 [m]

Tabell 1. Egenskaper av investerings pulver. Denne tabellen viser de fysiske egenskapene til investering pulveret brukt i denne studien.

40 ml vann til 100 g pulver
Flask diameter	Høyde
	5,08 cm	6,35 cm	7,62 cm	8,89 cm	10.16 cm	12,7 cm	15.24 cm
6,35 cm	226,8 g 91 ml	283,5 g 114 ml	340,19 g 136 ml	396,89 g 160 ml	453,59 g 183 ml	566,99 g 228 ml
(Top figur - Investerings pulver (g), Bottom skikkelse - Vann (ml))
Merk: I denne studien er en kolbe med en høyde på 6,35 cm og en diameter på 6,35 cm anvendt.

Tabell 2. Blanding Betingelser Investment pulver med vann for en varierendeFlask Størrelse: Denne tabellen viser blandingsforhold investeringen pulver og vann for en varierende kolbe størrelse anbefales av produsenten. I denne studien er en kolbe med en høyde på 6,35 cm og en diameter på 6,35 cm anvendt.

(A) Kjemisk sammensetning av Al-legering
Materiale	Enhet
Aluminiumslegering	Kjemisk oppbygning
		Al	Cr
	Min./maks.	> 99	<0.05
(B) Fysiske egenskaper av Al-legering
Eiendom		Enhet
likvidustemperaturen		660 ° C
	660 ° C
tetthet		2340 [kg / m ^ 3] @ 850 ° C
Spesifikk varme		1090 J / kg ∙ ° C
Termisk ledningsevne		0,9428 [W / (cm * ° C)] @ 850 ° C
viskositet		0,00087 [Pa ∙ s] @ 850 ° C
Overflatespenning koeffisient		900 [N / mm]

. Tabell 3 Kjemisk sammensetning og fysikalske egenskaper for Al legering ^30: (a) Kjemisk sammensetning av Al-legering, og (b) Fysikalske egenskaper for Al-legering.

(A) Kjemisk sammensetning av Cu-legering
Materiale	Enhet
Kobber legering (Smykker bronse)	Kjemisk sammensetning (% Max, med mindre vist spekter av gjennomsnittet)
		Cu	Si	Zn	mg	Pb
	Min./maks.	91.9	4	4	0,25 Max	0,25 Max
(B) Fysikalske egenskaper for Cu-legering
Eiendom			Enhet
likvidustemperaturen			1035 ° C
Solidus temperatur			1005 ° C
tetthet			7200 [kg / m ^ 3] @ 1200 ° C				Spesifikk varme			380 J / kg ∙ ° C
Termisk ledningsevne			1,44 [W / (cm * ℃)] @ 1200 ° C
viskositet			0,0038 [Pa ∙ s] @ 1200 ° C
Overflatespenning koeffisient			1500 [N / mm]

. Tabell 4 Kjemisk sammensetning og fysikalske egenskaper for Cu-legering ^30: (a) Kjemisk sammensetning av Cu-legering og (b) Fysikalske egenskaper for Cu-legering.

Discussion

For konvensjonell metallstøping, er det viktig å holde det smeltede metallets strømnings glatt og strømlinjeformet i "laminær" i formrommet og heller unngå uregelmessig og agitert strømnings generelt observert i ²⁷ turbulent strømning. Følgelig er det viktig for riktig utforming innløpet av sprue systemet forbundet med rotasjonshastigheten av en sentrifugal arm for å opprettholde strømmen av smeltet metall inne i gitteret formhulrommet "laminær".

I denne studien, de kritiske trinn i protokollen er blanding av investeringen pulver med vann, utbrenthet av offer mønster, og sentrifugal støpeprosessen. Blande Fremgangsmåte ifølge investering pulver med vann er viktig fordi kvaliteten på gipsformen er hovedsakelig styrt av denne fremgangsmåten, deretter å påvirke graden av fullføring av sluttproduktene i oktett truss metaller. For eksempel, hvis den investering-vann-blandingen er for grovt, overflaten RoughNess blir høy, noe som resulterer i dårlig overflatefinish av sluttprodukter. Den utbrenthet prosessen med offer mønsteret er også viktig å avgjøre kvaliteten på sluttproduktene fordi rester av offermønster fører til en støpefeil som misrun eller metall penetrering hvis offermønster ikke er helt utbrent. Den siste nøkkelen trinnet er sentrifugal støpeprosessen. Riktig oppsett for støping er nødvendig for å fullt ut fylle flytende metall ut i investeringsformhulrom med et komplekst nettverk formet oktett truss struktur.

Som det kan ses på figur 6, under de samme prosessbetingelser, f.eks., Innløpshastighet, innløpstemperaturen av det smeltede metall, forhåndsoppvarming temperatur av mugg, viser Cu-legering en for tidlig størkning på et gitter formhulrom med en veggtykkelse på 0,5 mm (figur 6 (b)). Dette antas å skyldes den høye overflatespenningen (1500 N / mm) og høy viskositet (0,00038 Pa s) avCu-legering gjennom mikro-kanalen i gitteret formrommet. På den annen side ser det ut til at en forholdsvis lav overflatespenning koeffisient (900 N / mm) og viskositet (0,00087 Pa s) av den smeltede Al-legering gjør det mulig å fullstendig fylle oktett fagverket gitteret formens hulrom. Det anbefales å finne en optimal innløpshastighet av smeltet metall for støping av 3D-nettverk gitterstrukturer med en tynn veggtykkelse for å overvinne den plutselige endringen i strømningsretningen av smeltet metall og virkningen av overflatespenningen i mikro-kanalen til gitter strukturelle mold hulrom.

Overflatespenningen virkning av smeltet metall er kjent for å være dominerende i en tynn kanal hvor dette gitter kavitetsform geometrien i denne studien kan brukes. Det kan være mulig å fremstille et gitter Cu-legering med et tykkere veggtykkelse og høyere sprøytehastighet på sentrifugal støping som vist i vårt tidligere arbeid ^28-29.

Direkte AM metoder such som SLM og EBM har vært ansett for mulige produksjonsmetoder for lette 3D-gitter metaller. Men direkte AM metoder ser ut til å være begrenset i valg av materialer. For eksempel er dagens EBM teknologi begrenset til Ti-6Al-4V og Inconel ^31. Til tross for sin omfattende bruk i romfart og bio-implantat programmer, aluminium, for eksempel, ikke blir produsert ved hjelp av denne teknologien. Teoretisk sett kan det være mulig å forlenge den direkte AM til andre pulvermetaller ved nøye kontroll av prosessparametrene. Imidlertid praktisk talt den direkte AM har blitt rapportert å ha vanskeligheter ved fremstilling av deler med metallpulver med høy optisk refleksjon og høy varmeledningsevne, f.eks., Al. Videre fordampning og mulig eksplosjon inne i bygget kammeret har blitt utstedt for aluminiumspulver ^31.

Den foreslåtte indirekte AM teknikk er viktig fordi det gjør det mulig å fremstille gitterstrukturer med metaller derdirekte AM metoder opplever problemer, noe som resulterer i styrke samlede produksjonskapasitet av 3D gitter metaller med både direkte og indirekte AMer ved å utvide omfanget av valg av metaller. I tillegg, sentrifugal støping, et skritt i denne studien, er kjent for å tilveiebringe en isotropisk egenskap av metalldeler på grunn av relativt jevn spredning av smeltet metall i formhulrommet. Dette kan løse dagens utgave av direkte AM på anisotropi skyldes både lagdelt produksjon og anisotropisk dannelsen av korn ^20-21.

Utforske andre metaller for indirekte AM sammen med studier på effekten av prosessparametre på gitter geometrier vil bli overlatt til vårt videre arbeid.

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.