אבקה מתכתיורגיה (PM) כבר מזמן אבן הפינה של ייצור חלקי מתכת עם דיוק גבוה ויעילות. בשנים האחרונות, את הכונן להפחית פסולת, לקצר את זמני להוביל, וליצור גיאמטריה מורכבת יותר ויותר דחף את התעשייה לעבר FLT:0near-net צורה להרכיב FLT:1 - שיטה המייצרת רכיבים ככל האפשר כדי לממדיהם הסופיים, מצמצם או מסלקת חומרים כימיים אחרים, אשר מאפשרים פיתוח של תעשיית המתכת, ואפקטים אחרים, אשר ניתן לשנות את החומרים הטכניקות מתכת, אשר ניתן לפתח את החומרים המשתנים אחרים, אשר נמצאים בטווח של חומרים כימיים גבוהים יותר, אשר ניתן לפתח את החומרים המשתנים, אשר ניתן לפתח את חומר מתכת, אשר ניתן לפתח את החומרים המשתנים, אשר ניתן לפתח את החומרים המתקדמים, אשר ניתן להפוך את החומרים המתקדמים אחרים, כלומר, אשר ניתן לפתח את חומר מתכתי משקל גבוה, אשר ניתן, אשר ניתן, אשר ניתן, אשר ניתן לפתח את החומרים הטכניקות מתכתי משקל גבוה, אשר ניתן לפתח את אמצעי לחימה גבוהה, אשר מאפשר, אשר ניתן לפתח את החומרים הטכניקות מתכתי, אשר ניתן לפתח את החומרים הטכניקות אחרות, אשר מאפשר, אשר מאפשר, אשר עשוי, אשר מאפשר, אשר מאפשר, אשר מאפשר, אשר מאפשר, אשר עשוי, אשר עשוי, אשר עשוי,

עקרונות הליבה של אבקה מתכתיורגיה ו- Near-Net Shapeing

אבקת מתכתי כרוך להמיר אבקת מתכת גולמי לחלקים מוצקים באמצעות קומפקטיות עיבוד תרמי.הצעדים הבסיסיים כוללים ייצור אבקה, תערובת, קומפקטיות (מדכא), וחטא (התחממות חלקיקים מסורתיים האג"ח) יכול להשיג סובלנות ממדית טובה, אבל חלקים לעתים קרובות דורשים לסיים שחיקה או מסנטר כדי לענות על מפרטים הדוקים.

המפתח לצורת רשת קרובה שיוצר שקרים בשליטה מדויקת של מאפייני אבקה, עיצוב כלי ופרמטרים של תהליכים. טכניקות מתקדמות מאפשרות כעת ליצרנים ליצור חללים פנימיים, קירות דקים וערוצים מורכבים שהיו בלתי אפשריים בעבר עם ראש הממשלה הקונבנציונלי.התוצאה היא צמצום דרמטי בפסולת חומרית, צריכת אנרגיה, ועלות לחלק.

ארכיון התגים ואבולוציה של Near-Net Shape PM

הרעיון של ייצור צורה של רשת קרובה אינו חדש; יש לו שורשים בהשקעות ליהוק ועידוד.עם זאת, ראש הממשלה צבר את ההסתברות כי הוא יכול לייצר חלקים עם גרדנות מינימלית - לעתים פחות מ-5% אובדן חומרי בהשוואה ל-40–80% עם שיטות תת-פרקטיביות מסורתיות.חלקי ראש הממשלה הראשונים היו מוגבלים לעומסי דלק פשוטים ואביזרים.הפיתוח של חומרים מצופה בשנות החמישים והחום הוא לחץ (HIP) ב- 2 עשורים, ו-הת-HIP, ראה שיטות מתקדמות, שני תהליכים חדשים של חומרים חדשים, וטכנולוגיות של חומרים חדשים של חומרים חדשים, וטכנולוגיות.

טכניקות מתפתחות באבקה Metallurgy for Near-Net Shapeing

ייצור תוספת מתכת (Powder Bed Fusion and Directed Energy Deposition)

ייצור אדקטיבית (AM) באמצעות אבקת מתכת הפך ככל הנראה לטכניקה המתואמת ביותר של צורת רשת. שתי גרסאות דומיננטיות קיימות: אבקת היתוך (PBF) והגדרת אנרגיה מכוונת (DED) ב PBF, לייזר או אלקטרונים beamly נמס אבקה 0.1 על ידי שכבה בתוך אווירה מבוקרת.

DED, לעומת זאת, משתמש ב nozzle כדי אבקת הפקדה או חוט על תת-קרקעי בעוד לייזר, קרן אלקטרונים, או קשת נמס אותו כפי שהוא נוחתים. DED מתאים לתיקון רכיבים שחוקים, הוספת תכונות לחלקים קיימים, או בניית צורות גדולות ליד-נט עם שיעורי מחיקה גבוהים משמעותית מאשר PBF. Both טכניקות להפחית באופן דרסטי פסולת חומר בהשוואה ל- subtractivemecining ומאפשר עיצוב מהיר.

(ב) [ה]החירות הגיאומטרית הגבוהה, ניצול חומרי מעולה, יכולת לייצר סגסוגת קשיחה למכונה (למשל, טיטניום, איקונל, פלדה כליים):2FLT 3: 3Limitations: FLT:4 משטח סיום דורש לעתים קרובות לאחר עיבוד; בניית שיעורי איטי יותר מאשר לחצים קומפקטיים;

Cold Isostatic Pressing (CIP) בשילוב עם Sintering מתקדם

לחץ אסטרוסטטי קר חל על לחץ הידרוסטטי אחיד (עד 400 MPa) על עובש אלסטומרי מלא אבקה, יצירת קומפקטי ירוק עם צפיפות כמעט חד-ממדית.הגמישות של התבנית מאפשרת ייצור של צורות מורכבות - כגון צינורות, מוטות, וצורות ריקות - ללא החיכוך למות-קיר אשר מגביל את לחץ בלתי-קלאסי.לאחר CIP, החלק הוא חטא באמצעות טכניקות מבוקרות כמו מגבלות חטא או לחץ אחרון.

חידושים אחרונים ב CIP כוללים מערכות FLT:0 (איור) 1 ו- (FLT:2dry-bagveFLT 3 שמשפרות את זמן המחזור.עבור צורה קרובה-נט, יש לתכנן את הגאומטריה כדי לכווץ במהלך חיטוי, אשר ניתן לחזות עם מודלים סופיים של CIPs-interrated, להציג תכונות חד-ממדיות ומכניות, שהופכות לרכיבים לרכיבים לרכיבים, ומורכבים לרכיבים לרכיבים, ומורכבים לרכיבים.

Spark Plasma Sintering (SPS)

Spark פלזמה מחטאת, הידוע גם כטכניקת חטאים (FAST), משתמשת בזרם ישיר העובר דרך האבקה בעת יישום לחץ בלתי-שיאלי.החום המהיר (הגדל עד 1000 מעלות צלזיוס/מין) מאפשר דנון בטמפרטורות נמוכות ובזמנים קצרים בהרבה מאשר הזנחה קונבנציונלית - לעתים קרובות בתוך דקות ולא שעות.

עבור צורה קרובה של רשת להרכיב, SPS כלי שיט הוא בדרך כלל גרפיט, אשר ניתן למכונה כדי ליצור את הגאומטריה החלק הרצויה.התהליך מתאים במיוחד לחומרים ביצועים גבוהים כמו tungsten carbide חיתוך כלים, חומרים תרמואלקטריים, וקרמיקה מתקדמת.למרות SPS כיום מוגבל לחלקים קטנים יחסית ייצור, מערכות SPS מתעמלות את הטכנולוגיה.

Metalזרקה מוליד (MIM) עבור חלקים קטנים מורכבים

הזרקת מתכת משלבת את היכולת של ייצור צורה של הזרקת פלסטיק עם המאפיינים החומריים של אבקה מתכת מבוזרת. דיפל מחולק אבקת מתכת (בדרך כלל <20 מיקרומטר) מעורב עם כבל תרמופלסטי כדי ליצור הזנה אשר מוזרק לתוך עובש.הכבל הוא אז כימי או תרמית הסרת, ואת החלק החום וכתוצאה מכך הוא חטא קרוב צפיפות מלאה.

MIM היא טכניקה בוגרת אבל ממשיכה להתפתח עם מערכות מצורף חדשות, זריקה מחוספסת גז, ותבנית רב-חומרית.זה משמש נרחב עבור חלקים קטנים, מורכבים כגון מכשירים כירורגיים, אותודונטיים, רכיבי נשק, ודיורים אלקטרוניים צרכניים.הסובלנות הממדית יכולה להגיע 0.3 ±% של המימד, מה שהופך אותו מועמד חזק לצורה קרובה של ייצור עשיר.

5.Hot Isostatic Pressing (HIP) עם Near-Net Shape Cans

לחץ עז הוא כרוך יישום טמפרטורה גבוהה לחץ איזוסטטי (בדרך כלל עד 200 MPa ו 2000 מעלות צלזיוס) אבקת מחלחל במיכל (can) את יכול עיוותים תחת לחץ, איחוד האבקה לדחיסות מלאה. על ידי עיצוב הגיאומטריה יכול לשקף את הצורה הרצויה, יצרנים יכולים להשיג צורות ליד-net עם אפס פורוסיות.טכניקה זו נפוצה עבור כלי רכב סופר-קליום, טורברומיאליום גבוה, פלדה, רכיבי פלדה.

ניתן לעשות את זה מפלדה פחמן נמוך או חומרים אחרים כי הם מאוחר יותר הוסר על ידי תחריט כימי או מאצ'ינג. סימולציה אלמנט סופי מתקדם עכשיו מאפשר חיזוי מדויק של עיוות וכווץ, צמצום הניסוי-וטרור. HIPed ליד-net מעצב חלקי צורה הוא תכונות איזוטרופיות יכול להחליף רכיבים מזויפים או יציקו ביישומים קריטיים.

6. פריצה עיבוד ותוספת פריצה Stir Deposition

מתפתח תהליכים מוצקים של מדינת מינוף חימום חיכוך ועיוות פלסטיק כדי לאחד אבקה. פריצה לעורר עיבוד (FSP) משתמש כלי רוטט כדי לעורר ולחדד שכבת אבקה על תת-קרקעית, יצירת ציפוי בצורת ליד-net או תיקון.הוספת חיכוך מעורר חיכוך (AFSD) מאכיל אבקה מתכת או באמצעות כלי מקולקל, להפקיד שכבה חומרית על ידי ללא היתוך, וטכניקה זו, הימנעות מלחץ שבץ משותף.

AFSD יכול לייצר מבנים גדולים דמויי רשת בשיעורי הדבקה גבוהה (הק"ג כל שעה) עם מבנים דגנים משובחים ונכסים מכניים מצוינים.זה מבטיח במיוחד עבור אלומיניום וסגסוגת מגנזיום, שקשה לעבד עם P עקב רפלקטיביות וחמצן. בעוד עדיין בשלבים מחקר, טכניקות אלה מציעים דרך לצורה קרובה ליצירת רכיבים בקנה מידה גדול.

חדשנות חומרית נהיגה ליד רשת Shape

אבקות מתקדמות ורכיבים

ההצלחה של צורה ליד-נט להרכיב תלויה במידה רבה על הזמינות של אבקות המונדסים עבור התהליך הספציפי.אבקות spherical spherical spheric spherical אבקות נועדו עבור AM ו MIM בשל זרימה טובה צפיפות אריזה. אבקת לא סדירה מים אטומית הם יותר יעיל עבור דליקים קונבנציונליים אבל דורש מ"מ.

התפתחויות ⁇ חדשות כוללות ⁇ גבוהה, intermetallics, ו מטבול מתכת מטריקים (למשל, אלומיניום התחזק עם סיליקון carbide או טיטניום עם בורון carbide) חומרים אלה יכולים כעת להיות מעובדים לצורה קרובה, פתח יישומים בסביבות קיצוניות. לדוגמה, פלסמה ניצוץ יכול לאחד תערובת של tungtenstenstens ואבקות נחושת כדי ליצור חום עבור אלקטרוניקה מותאמים קרוב.

ננו-פלודרים ו-Hic Feedstocks

Nano-powders (גודל חלקיקים <100 nm) מציעים הגדלת חולשות ונכסים ייחודיים אבל אתגרים טיפול וביטחון נוכחיים. Binder סילוןting ו הדפסה דיוג'ט מותאם להשעיה nano-powder בשכבות צורה קרובה של רשת. ההזנות ההיברידיות המשלבות שני סוגים או יותר אבקה מאפשרות חיבורים בכיתה בתוך חלק אחד - לדוגמה, קשה לביש על פני משטח חזק על פני שטח קשיח.

יתרונות ואתגרים של טכנולוגיות ליד-Net Shape PM

יתרונות

  • (FLT:0) פסולת חומרית ממינית: FLT:1 ליד-net טכניקות בדרך כלל להשיג 85-98% ניצול חומרי, בהשוואה ל-30-60 אחוזים עבור שיטות תת-קרקעיות קונבנציונליות.זה קריטי במיוחד עבור חומרים יקרים כמו טיטניום, טנטלום, וסופר-על-על ניקל.
  • (FLT:0) אספקת צריכת אנרגיה: FLT:1hil על ידי ביטול טיפול חום מרובים וצעדים מצופים, טביעת הרגל האנרגיה בחלק יורדת באופן משמעותי.
  • (FLT:0)Geometric Freedomrov: FLT:1 מעבדים כמו PBF, MIM ו- CIP מאפשרים תכונות פנימיות, תחת חתכים, עיצובי מינוף קלים שאינם אפשריים למכונה.
  • (FLT:0) תכונות חומריות של סופריאור:FLT:1, חיזוק מהיר ב AM ו SPS יכול לייצר מיקרו-מבנה טוב יותר וכוח גבוה יותר HIP מבטיח 100% צפיפות והתנהגות איזוטרופית.
  • (FLT:0) שרשראות אספקה קצרות:FLT:1rea ליד-net בצורת יצירת מטה מפחיתה את הצורך במספר רב של תת-טרטרקטורים (לעבור, מאצ'ינג, טיפול בחום) ומאפשר ייצור לפי דרישה של חלקי חילוף.

אתגרים

  • (FLT:0) עלות ההון הגבוהה: FLT:1 ציוד עבור AM, SPS, HIP הוא יקר, וכלי עבור MIM ו- CIP דורש השקעה גבוהה.
  • (FLT:0) תוצאות שליטה המורכבות: FLT:1 Parameters כגון חלוקת גודל אבקה, קצב חימום, פרופיל לחץ, ואווירה יש לשלוט חזק כדי למנוע פגמים (פורוזיות, דף מלחמה, סדקים).
  • דרישות עיבוד:0 (Post-מעבד:FLT:1ir) רבים ליד רשת חלקים עדיין דורשים השלמת משטח (למשל, מאצ'ינג, לוטש, הצצה) כדי לעמוד בסובלנות סופית או מפרטים גסים על פני השטח.
  • (FLT:0) יכולות גודל מוגבלות: FLT:1, SPS ו HIP מוגבלים כיום לכמויות קטנות יחסית, ומכונות PBF גדולות איטיות לייצור עשיר.
  • (FLT:0)Qualification and Standardization:FLT:1 Aerospace and Medicalתקנות דורשות בדיקות נרחבות כדי לאמת תהליכים חדשים.סטנדרטי התעשייה עבור ראש הממשלה לטווח קצר עדיין מתפתחים, הגדלת זמן הפיתוח.

יישומים בתעשיות

אוויר והגנת

Aerospace היה מאיץ מוקדם של ראש הממשלה בצורת רשת, במיוחד עבור מרכיבים סופרולי טורבינות, חלקים מבני טיטניום, ואת להבי מעריצים אלומיניום. HIPed ליד-net משמשים למקרים לאלטים, נושאים דיור, ועלויות מנוע.היכולת להפחית יחסים לקנות עד פיית מ 20:1 עד 3:1 הוא נהג גדול. AM משמש גם לייצור נמוך של חלקי חילוף, ללא דלק, ולא מטבול.

רכב

יישומים איכותיים לרכב לטובת MIM עבור חלקים קטנים, מורכבים כמו רכיבי אינזרק דלק, מרכזי שידור ומנגנוני מושבה. CIP-sintered חלקים משמשים במערכות בלמים ושסתום מנועים.הדוח לעבר כלי רכב חשמליים (EVs) יצר ביקוש עבור מסוף סוללות מוסמך מראש, לוחיות קירור, ליבות מנוע עם תכונות ליד-נט כדי להפחית את נפח נחושת ופסולת מגנטית.

ביו-רפואי ורפואת שיניים

אבקת מתכתי היא חיונית לייצור שתלים ביו-תואמים -titaniumסגסוגת hip גזעs, cobalt-chrome הברך מפרקי, ו ⁇ tantalum העצם פיגומים. AM מאפשר צורות מסוימות ליד-נט המבוססים על סריקות CT, צמצום זמן ניתוח. MIM משמש עבור מטבוליות אורתודונטית, רפואת שיניים, ומכשירים כירורגיים.

אלקטרוניקה ואנרגיה

ראש הממשלה של צורת רשת קרובה הוא קריטי עבור כיור חום, מטרות מלוטשות, ליבות מגנטיות עבור מנועים חשמליים, ואלקטרודות סוללות ליתיום-יון-יון. W-Cu מורכבs שנעשו על ידי HIP או SPS משמשים בחבילות מוליכים למחצה בעוצמה גבוהה. MIM מייצרת מחברים, מגן, ורכיבי מיקרו-מדומים.

בסביבה הקרובה של Near-Net Shape Station Metallurgy

התחום מתפתח במהירות, מונע על ידי הדיגיטליזציה, דרישות קיימות, ואת הצורך בחלקים מורכבים, ביצועים גבוהים. מגמות מסוימות צפויים לעצב את העשור הבא:

שילוב של בינה מלאכותית ולמידה של מכונות

אלגוריתמים בינה מלאכותית יכולים לייעל אבקה מתמזגת, פרמטרים דחופים, ומחזורי חיטוי כדי להשיג סובלנות לכושר ליד רשת עם פחות ריצות ניסיון.ב ניטור situ באמצעות מצלמות תרמיות וחיישנים אקוסטיים בשילוב עם למידת מכונה מאפשר זיהוי פגם בזמן אמת ושליטה סגורה בזמן אמת במהלך AM.

מערכות ייצור היברידיות

שילוב של תוספים ותהליכים תת-אקטיביים במכונה אחת (למשל, CNC 5-axis CNC עם ראש לייזר AM) מאפשר בניית צורה ליד-net מעקב אחר סיום דיוק ללא תיקון מחדש.זה יקטין את זמני להוביל ולשפר דיוק.

פיתוח ייצור אבקה בר קיימא

שיטות חדשות לייצור אבקות מתכת מאפס (למשל, באמצעות הידרומטאורגיה או הפחתה מימן) מורידות את ההשפעה הסביבתית.בנוסף, מחזור של אבקות משומשות (למשל, מ AM) הופך להיות בעל קיימא מבחינה כלכלית.צורה קרובה-נט, אשר מייצרת באופן בלתי-מובנה את הצריכה החומרית, אך מחזורי אבקת סגורה-פרטראפ ישפרו עוד יותר קיימות.

תהליכים גדולים של Near-Net Shapes

מחקר לתוך חיכוך לעורר ייצור תוספת ו-Wi-feed AM נועד לייצר חלקים מבניים כמה מטרים בגודל. Scaled-up HIP מערכות עם קנינג אוטומטי יכול לאפשר צורה של קו-נט המורכב של צוללות וקטנות טילים.

Multi-Material and Functionally Classd Parts

שיטות טיפול אבקה מתפתחות ופירוק מאפשרות שכבות של יצירות שונות להשתלב בחלק אחד ליד-נט - לדוגמה, ציוד פלדה עם משטח ללבוש קרמיקה, או כיור חום נחושת עם מבנה fin אלומיניום.

מסקנה

הנוף של אבקה מתכתגיה עובר טרנספורמציה כמו צורה ליד-נט להרכיב טכניקות בוגר ממעבדות כורכודות לתהליכים הנקראים ייצור. Metal תוספים, ייצור תוספת מתכת קר וחריף, גרור פלזמה נוצץ, והזרקה מתכתית עובש כל אחד מציע יתרונות ייחודיים להפחתת הפסולת, המאפשרת גיאמטים מורכבים, ושיפור ביצועים חומריים. בעוד אתגרים נשארים בעלות, מדרגיות, שילוב של כלים דיגיטליים, הרחבת חומרים אלה הוא בהתמדה, אשר יהיה יעיל של תכונות מתכת גבוהה, אשר יהיה מסוגלות גבוהה, אשר יהיה על פני ספקטרום, 000.

(ב) [ה]] לעיין במשאבים בתעשייה כגון: [ה]ב]: [ה] [ה] ל[ה] ל[ה] ל[ה]] ל[ה] ל[ה] ל][ה]] ל[ה], ולקראת] [ה[[המאה ה-20], ו[[1924]]]]], ו[[1924]], ו[[1924]]]]]]]], [[1924]], [[1924]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]