Home Forschung & Bildung Nuklearforscher identifizieren “kritische Depositionshöhe” von DED 3D-gedruckten Schichten

Nuklearforscher identifizieren “kritische Depositionshöhe” von DED 3D-gedruckten Schichten

Eine Zusammenarbeit zwischen der australischen Nuclear Science and Technology Organization (ANSTO), dem Indian Institute of Technology Bombay (IIT Bombay) und der Monash University hat das perfekte Spannungsgleichgewicht in der DED 3D-Druckbeschichtung erkannt. Als theoretisches Modell realisiert, ist die kritische Abscheidungshöhe von DED-Schichten ein Schritt zur Verbesserung der Langlebigkeit von Bauteilen, die mit 3D-Druck repariert werden.

Speziell für den Metall-3D-Druck auf konformen Oberflächen entwickelt, werden die Directed Energy Deposition (DED) und verwandte Technologien wie Laser Metal Deposition (LMD) häufig zur Reparatur von Bauteilen eingesetzt.

In einem Fall von einem Team des Rochester Institute of Technology (RIT) in New York wurde eine CNC-Maschine verwendet, die mit dem LENS-Motor von Optomec nachgerüstet wurde, um den Zahn einer beschädigten Maschinenausrüstung zu ersetzen. Ein weiteres Beispiel ist ein Team am Royal Melbourne Institute of Technology (RMIT), das DED für die Wartung und Reparatur von Flugzeugen einsetzt.

“Direkte Energieabscheidungsmethoden haben ein enormes Potenzial für die Reparatur und Nachfertigung von Luft- und Raumfahrtkomponenten, Matrizen und Formen, die durch zyklische thermomechanische Belastung beschädigt werden”, erklärt Professor Ramesh Singh von IIT Bombay.

Restspannungen existieren als Zugeigenspannungen, die für die Gesamtteilintegrität schädlich sind, und Druckeigenspannungen, die unvorteilhaft für die Struktur sind.

Beide Arten können unter Verwendung theoretischer Modelle thermomechanischer Eigenschaften geschätzt werden. Die ANSTO-Kollaborationsstudie fand jedoch heraus, dass solche Modelle zwischen einem Substrat und einer abgeschiedenen Schicht häufig Zugspannungen überzeichnen, während Druckspannungen unterschätzt werden.

Zur Unterstützung des thermomechanischen Modells der vorhergesagten Eigenspannungen setzen die Forscher ein Röntgenbeugungssystem ein. Eine Methode der non-destructive testing (NDT), diese Röntgenstrahlen werden verwendet, um Restspannungen im Substrat und einer 3D-gedruckten Schicht oder Beschichtung nachzuweisen.

“Mit dem Kowari-Dehnungsscanner konnten wir dreiachsige Eigenspannungen in den abgeschiedenen Schichten nachweisen, die die vom Modell vorhergesagten Orte verifizierten”, erklärt ANSTO Research Scientist und Industrial Liaison Manager Dr. Anna Paradowska. Mit diesen Daten konnte das Team “eine kritische Ablagerungshöhe ermitteln, die Druckeigenspannungen in der abgeschiedenen Schicht sicherstellt”.

Wie in der Zusammenfassung der Studie weiter erklärt wird, “Jede niedrigere Abscheidungshöhe führt zu Zugeigenspannungen und eine höhere Abscheidungshöhe führt zu einer übermäßigen Verdünnung (Substratschmelzen).”

Weitere Projekte, die Röntgenbeugungsmethoden zur Verbesserung von Metall-3D-Druckprozessen nutzen, sind ein Lawrence Livermore National Laboratory am SLAC National Accelerator Laboratory und das britische AMAZE-Projekt zur Laseradditivherstellung.

Dr. Paradowska unterstreicht die in diesem Artikel diskutierte Forschung: “Die Spannungen verstehen und vorhersagen zu können, ist für die additive Fertigungsindustrie sehr wichtig. Dieses validierte Modell ist sehr vorteilhaft, da eine weitere Optimierung des Herstellungsprozesses unter Verwendung dieses Modells kosteneffektiv ist und Zeit spart.”

Der Forschungsartikel mit dem Titel “Critical deposition height for sustainable restoration via laser additive manufacturing” wurde gemeinsam von Santanu Paul, Ramesh Singh, Wenyi Yan, Indradev Samajdar, Anna Paradowska, Khushahal Thool und Mark Reid verfasst.

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