Forskare vid EPFL har utvecklat en ny laser-3D-tryckteknik för att tillverka metallkomponenter med motståndskraft mot höga temperaturer utan motstycke, skador och korrosion. Metoden har tillämpningar inom områden som sträcker sig från rymd- till kraftgenererande turbiner.

3d-utskrivning, även känd som additiv tillverkning, har revolutionerat hur komponenter tillverkas, sätta nya standarder när det gäller produktionshastighet när den geometriska komplexiteten är hög.

Tillverkare använder en teknik som kallas selektiv lasersmältning (SLM) till 3-D-print metallkomponenter. Med SLM, en kraftfull laser smälter och smälter samman metalliska pulver, gradvis bygga en 3D-komponent lager för lager. Eventuellt kvarvarande pulver avlägsnas i slutet av processen. Men vissa metaller och legeringar tål inte de höga temperaturvariationer som SLM innebär, får dem att spricka.

Forskare vid EPFL:s laboratorium för termomekanisk metallurgi (LMTM), ledd av Roland Logé vid Engineering School, har utvecklat en ny metod som innebär att en andra laserbehandling appliceras varannan lager under byggnadsfasen. Detta minskar dramatiskt sprickbildning och producerar metallkomponenter med motståndskraft mot höga temperaturer utan motstycke, skador och korrosion.

Den patenterade tekniken, publicerad i Additive Manufacturing, kan användas för att tillverka nya kraftgenererande turbinblad eller viktiga flygplanskomponenter, till exempel.

Chockvågor

Resultaten talar för sig själva. Forskarna fann att tekniken eliminerade upp till 95 procent av sprickor som normalt observeras i en nickelbaserad superlegering. De planerar nu att tillämpa metoden på andra sprickkänsliga legeringar.

Hur fungerar det?

Forskarna använde en metod som kallas laser chock peening, eller LSP, att "läka" sprickor i farten under 3D-utskriftsprocessen. LSP fungerar genom att regelbundet rikta högintensiva laserpulser på komponenten som byggs. Det fungerar som en slags hög-energi fotonisk "hammare, "skickar chockvågor genom materialet.

Metoden innefattar två lasrar. Den första smälter metallpulvren och värmer det smälta materialet, medan den andra genererar spänningar i komponenten på riktade platser för att eliminera sprickor. "Laserchockning är normalt reserverad för ytbehandlingar, "förklarar Logé." Men i vårt fall, det har blivit en bulkbehandling, genom att den fungerar i 3D i själva materialet. "

Flera 3D-utskriftsföretag har uttryckt intresse för den nya tekniken. "Denna hybrid 3D-utskriftsmetod har applikationer som går långt bortom att eliminera sprickor, "tillägger Logé." Vi har bara börjat förstå dess fulla potential. "