{"id":1663,"date":"2024-09-29T14:59:15","date_gmt":"2024-09-29T06:59:15","guid":{"rendered":"https:\/\/www.3dptek.com\/?p=1663"},"modified":"2024-09-29T14:59:17","modified_gmt":"2024-09-29T06:59:17","slug":"3d-dayin-xin-tu-po","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.3dptek.com\/de\/repository\/3d-dayin-xin-tu-po\/","title":{"rendered":"Ein neuer Durchbruch im 3D-Druck. Zweite wissenschaftliche Studie von 2024!"},"content":{"rendered":"

Der zweite Science-Artikel im Bereich der 3D-Drucktechnologie im Jahr 2024 wurde am 8. Februar ver\u00f6ffentlicht.

von (einem Ort) kommenUniversit\u00e4t von Queensland, Australien<\/strong>(Jingqi Zhang et al,)Universit\u00e4t Chongqing<\/strong>(Ziyong Hou, Xiaoxu Huang),Technische Universit\u00e4t von D\u00e4nemark<\/strong>Das gemeinsame Team ver\u00f6ffentlichte einen Artikel mit dem Titel \"Ultrauniform, strong, and ductile 3D-printed titanium alloy through bifunctional alloy design\". Ultrauniforme, starke und duktile 3D-gedruckte Titanlegierung durch bifunktionales Legierungsdesign\".Titanlegierung durch 3D-Druck hergestellt erreicht<\/strong>Mit einer Streckgrenze von 926 MPa und einer Duktilit\u00e4t von 261 TP3T wird ein ausgewogenes Verh\u00e4ltnis zwischen Festigkeit und Duktilit\u00e4t erreicht.<\/strong><\/p>\n\n\n\n

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Hintergrund der Forschung<\/strong>Grobe s\u00e4ulenf\u00f6rmige K\u00f6rner und ungleichm\u00e4\u00dfig verteilte Phasen treten h\u00e4ufig beim 3D-Druck von Metallen auf, was zu ungleichm\u00e4\u00dfigen oder sogar schlechten mechanischen Eigenschaften f\u00fchrt. Die Forschung umfasst eine Designstrategie, die einen direkten Ansatz zur Erzielung hoher Festigkeit und gleichm\u00e4\u00dfiger Eigenschaften von Titanlegierungen durch 3D-Druck erm\u00f6glicht. Es wurde gezeigt, dass die Zugabe von Molybd\u00e4n (Mo) zu der Pulvermetallmischung die Phasenstabilit\u00e4t erh\u00f6ht und die Gleichm\u00e4\u00dfigkeit der Festigkeit, Duktilit\u00e4t und Zugeigenschaften der 3D-gedruckten Legierungen verbessert.<\/p>\n\n\n\n

Der Hauptgrund f\u00fcr die ungleichm\u00e4\u00dfigen Eigenschaften von 3D-gedruckten Metalllegierungen sind<\/strong>In einem Schicht-f\u00fcr-Schicht-3D-Druckverfahren, typischerweise mit 103<\/sup>-108<\/sup>Die hohe Abk\u00fchlungsrate von K\/s erzeugt einen erheblichen W\u00e4rmegradienten in der N\u00e4he des Randes und des Bodens des Schmelzbades, wo das Metallpulver geschmolzen wird. Der thermische Gradient induziert epitaktisches Kornwachstum entlang der Grenzfl\u00e4che zwischen dem frisch geschmolzenen Material und dem darunter liegenden festen Material, wobei die K\u00f6rner zur Mitte des Schmelzbads hin wachsen. Die Erhitzungs- und partiellen Umschmelzzyklen beim Mehrschichtdruck f\u00fchren letztendlich zur Bildung gro\u00dfer s\u00e4ulenf\u00f6rmiger K\u00f6rner und ungleichm\u00e4\u00dfig verteilter Phasen, die beide unerw\u00fcnscht sind, da sie zu Anisotropie und einer Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften f\u00fchren k\u00f6nnen.<\/p>\n\n\n\n

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Festigkeit-Duktilit\u00e4t verschiedener metallischer Materialien<\/p>\n<\/div><\/div>\n<\/div><\/div>\n\n\n\n

Titanlegierungen sind eines der am h\u00e4ufigsten verwendeten Materialien f\u00fcr den 3D-Druck. Bei technischen Anwendungen bei Umgebungstemperaturen weisen geeignete Titanlegierungen in der Regel eine Zugdehnung von 10-25 Prozent auf, was f\u00fcr eine gute Materialzuverl\u00e4ssigkeit spricht. W\u00e4hrend eine h\u00f6here Dehnung (Duktilit\u00e4t) eine leichtere Verformung erm\u00f6glicht und in einigen Anwendungen bevorzugt wird, wird eine h\u00f6here Festigkeit in diesem Dehnungsbereich oft bevorzugt, um mechanischen Belastungen standzuhalten. Das Gleichgewicht zwischen Festigkeit und Duktilit\u00e4t musste schon immer sowohl bei konventionellen als auch bei additiven Fertigungsverfahren zur Verarbeitung metallischer Werkstoffe ber\u00fccksichtigt werden.<\/p>\n\n\n\n

Strategien und Grenzen zur Verbesserung von Festigkeit und Duktilit\u00e4t<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Es gibt verschiedene Strategien zur Verbesserung der Festigkeit und Duktilit\u00e4t von 3D-gedruckten Legierungen<\/strong>. Dazu geh\u00f6ren die Optimierung des Legierungsdesigns, die Prozesssteuerung, die Verst\u00e4rkung der feinen Korngrenzen und die Modifizierung des Korngef\u00fcges, aber auch die Unterdr\u00fcckung unerw\u00fcnschter (spr\u00f6der) Phasen, die Einf\u00fchrung zweiter Phasen und die Nachbehandlung. Derzeit konzentriert sich die Forschung zur L\u00f6sung der Probleme mit s\u00e4ulenf\u00f6rmigen Kristallen und unerw\u00fcnschten Phasen auf die In-situ-Dotierung von Elementen, um die Mikrostruktur und Phasenzusammensetzung zu ver\u00e4ndern. Dieser Ansatz f\u00f6rdert auch die Bildung isometrischer Kristalle, d.h. von Strukturen mit ann\u00e4hernd gleichen Korngr\u00f6\u00dfen entlang der L\u00e4ngs- und Querachsen. Die In-situ-Legierung bietet eine vielversprechende M\u00f6glichkeit, das Gleichgewicht zwischen Festigkeit und Duktilit\u00e4t zu \u00fcberwinden.Vor allem bei 3D-Drucktechnologien wie der Pulverbettfusion und der gerichteten Energieabscheidung<\/strong>.<\/p>\n\n\n\n

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Forscher haben die Kornmorphologie und die mechanischen Eigenschaften untersucht, wenn sie verschiedene Elemente zu 3D-gedruckten Legierungen hinzuf\u00fcgen. So f\u00fchrte beispielsweise die Dotierung von nanokeramischen Zirkoniumhydridpartikeln in nicht druckbare Aluminiumlegierungen zu druckbaren und rissfreien Materialien mit einem verfeinerten gleichachsigen Korngef\u00fcge und Zugeigenschaften, die mit denen von Knetwerkstoffen vergleichbar sind. Bei Titanlegierungen hingegen haben handels\u00fcbliche Kornfeinungsmittel in der Regel nur begrenzte Auswirkungen auf das Korngef\u00fcge. Die Verfeinerungsmechanismen von Titanlegierungen, insbesondere der \u00dcbergang von s\u00e4ulenf\u00f6rmigem zu isometrischem Gef\u00fcge w\u00e4hrend der Erstarrung im 3D-Druck, wurden eingehend untersucht, aber die Effizienz bleibt begrenzt. Zu den Versuchen, dieses Hindernis zu \u00fcberwinden, geh\u00f6ren die Variation von Verarbeitungsparametern, hochintensive Ultraschallanwendungen, die Einf\u00fchrung gew\u00fcnschter heterogener Strukturen durch das Legierungsdesign, die Zugabe von gel\u00f6sten Stoffen als Kornverfeinerer an heterogenen Keimbildungsstellen und die Einarbeitung von gel\u00f6sten Stoffen mit hoher Unterk\u00fchlungskapazit\u00e4t. Elemente wie die \u03b2-eutektischen Stabilisatorelemente Cu, Fe, Cr, Co und Ni, die die L\u00f6slichkeit in Titan begrenzen.<\/p>\n\n\n\n

Neue Forschung f\u00fchrt zu wichtigen Durchbr\u00fcchen<\/strong>Anstatt \u03b2-eutektische Stabilisatorelemente zu verwenden, die zur Bildung spr\u00f6der intermetallischer Eutektika in Titanlegierungen f\u00fchren k\u00f6nnen, w\u00e4hlten die Forscher f\u00fcr Ti-5553 (Ti-5Al-5Mo-5V-3Cr) Mo aus der \u03b2-homokristallinen Gruppe [einschlie\u00dflich Niob (Nb), Tantal (Ta) und Vanadium (V)]. W\u00e4hrend des In-situ-Legierungsprozesses wird Molybd\u00e4n pr\u00e4zise in das Schmelzbad transportiert und wirkt als Keimzelle f\u00fcr die Kristallbildung und -verfeinerung w\u00e4hrend jeder Abtastschicht. Der Mo-Zusatz f\u00f6rdert den \u00dcbergang von gro\u00dfen s\u00e4ulenf\u00f6rmigen Kristallen zu feinen gleichachsigen und schmalen s\u00e4ulenf\u00f6rmigen Strukturen. Mo stabilisiert auch die gew\u00fcnschte \u03b2-Phase und hemmt die Bildung von Phasenheterogenit\u00e4t w\u00e4hrend der thermischen Zyklen.
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Charakterisierung der Mo-dotierten Titanlegierung Ti-5553<\/p>\n<\/div><\/div>\n\n\n\n


Die Forscher verglichen die Streckgrenze und Bruchdehnung von Ti-5553+5Mo mit Ti-5553 (sowie Ti-55531 und Ti-55511), das im L-PBF-Zustand und unter W\u00e4rmebehandlung nach dem Druck hergestellt wurde. Im Vergleich zu Ti-5553 und \u00e4hnlichen Legierungen im Herstellungszustand zeigt Ti-5553+5Mo eine vergleichbare Streckgrenze, aber eine deutlich verbesserte Duktilit\u00e4t. Die W\u00e4rmebehandlung nach dem Druck wird \u00fcblicherweise eingesetzt, um die mechanischen Eigenschaften des in L-PBF hergestellten Ti-5553 auszugleichen. Obwohl unter bestimmten W\u00e4rmebehandlungsbedingungen hohe Streckgrenzen (>1100 MPa) erreicht werden k\u00f6nnen, verschlechtert sich die Duktilit\u00e4t in der Regel erheblich mit einer Bruchdehnung <10%, was den Einsatz in sicherheitskritischen Anwendungen einschr\u00e4nkt. Ti6Al4V, das so genannte Arbeitspferd der Titanindustrie, hat beispielsweise eine empfohlene Mindestbruchdehnung von 101 TP3 T. Im Gegensatz dazu weisen direkt gedruckte Teile aus dem Ti-5553+5Mo-Material, L-PBF, ohne nachgeschaltete W\u00e4rmebehandlung ein ausgezeichnetes Gleichgewicht zwischen Festigkeit und Duktilit\u00e4t auf, wodurch sie sich von \u00e4hnlichen Legierungen abheben. Letztendlich nutzten die Forscher diese Strategie zur Herstellung vonMaterial mit ausgezeichneter Eigenschaftsgleichm\u00e4\u00dfigkeit, Streckgrenze 926MPa, Bruchdehnung 26%.<\/strong><\/p>\n\n\n\n

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Mikrostruktur und mechanische Eigenschaften von Ti-5553 hergestellt durch L-PBF<\/p>\n\n\n\n

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Mechanische Eigenschaften von Ti-5553 und Ti-5553+5Mo hergestellt durch L-PBF<\/p>\n\n\n\n


Die mechanischen Eigenschaften von Ti-5553+5Mo waren au\u00dfergew\u00f6hnlich homogen und im Vergleich zu Ti-5553 verbessert. Die mikrofokussierte Computertomographie (micro-CT) zur Beurteilung der Teilequalit\u00e4t zeigt, dass beide Materialien eine sehr hohe Dichte aufweisen, mit Gesamtporenvolumenanteilen von 0,004024% bzw. 0,001589%. Solch hohe Dichten deuten darauf hin, dass Porosit\u00e4t wahrscheinlich nicht zu den stark dispergierten Zugeigenschaften von Ti-5553 f\u00fchrt, und stehen auch im Einklang mit einem hohen Grad an Einheitlichkeit der mechanischen Eigenschaften von Ti-5553+5Mo. +5Mo hohe Konsistenz der mechanischen Eigenschaften. Um die Auswirkung des Mo-Zusatzes auf die Kornstruktur aufzudecken, f\u00fchrten die Forscher eine Elektronenr\u00fcckstreuungsbeugung (EBSD) zur Charakterisierung von Ti-5553 und Mo-dotiertem Ti-5553 durch. Die Mikrostruktur von Ti-5553 besteht aus relativ gro\u00dfen K\u00f6rnern entlang der Abtastrichtung, die ein starkes Kristallgewebe aufweisen. Die Zugabe von 5,0 wt% Mo zu Ti-5553 f\u00fchrt zu signifikanten Ver\u00e4nderungen in der Kornstruktur und der damit verbundenen Kristallstruktur. Viele feine gleichachsige K\u00f6rner (~20 \u03bcm im Durchmesser) sind gut sichtbar und bilden sich entlang der Kanten der Abtastspuren von Ti-5553+5Mo. Im Gegensatz dazu ist die Mikrostruktur von Ti-5553+5Mo durch feine gleichachsige K\u00f6rner und schmale s\u00e4ulenf\u00f6rmige Kristalle entlang der tektonischen Richtung gekennzeichnet. Eine genauere Betrachtung der Mikrostruktur zeigt eine periodische Verteilung feiner s\u00e4ulenf\u00f6rmiger K\u00f6rner. Im Gegensatz zu den stark verwobenen s\u00e4ulenf\u00f6rmigen Kristallen, die sich \u00fcber mehrere Schichten in Ti-5553 erstrecken, wird die L\u00e4ngenskala der s\u00e4ulenf\u00f6rmigen Kristalle in Ti-5553+5Mo durch die Gr\u00f6\u00dfe des Schmelzbades bestimmt, und das Kristallgeflecht wird zuf\u00e4llig und schwach.<\/p>\n\n\n\n

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Mikrostrukturelle Charakterisierung von Ti-5553 und Ti-5553+5Mo<\/p>\n\n\n\n

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Phasenanalyse von Ti-5553 und molybd\u00e4ndotiertem Ti-5553<\/p>\n\n\n\n

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EBSD-Charakterisierung von Proben aus Ti-55535, die gebrochen sindENDE
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Die Forscher identifizierten jedoch ungel\u00f6ste Molybd\u00e4npartikel in der Mikrostruktur, deren m\u00f6gliche Auswirkungen unbekannt sind. Das zuf\u00e4llige Vorhandensein von ungel\u00f6sten Partikeln bei In-situ-Legierungsstrategien wirft in der Tat Bedenken hinsichtlich der mechanischen und korrosiven Eigenschaften auf. Zum Beispiel kann das vollst\u00e4ndige Schmelzen der in situ zulegierten Partikel einen h\u00f6heren Energieaufwand erfordern, und eine \u00dcberhitzung kann zu mikrostrukturellen Ver\u00e4nderungen und einer Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften f\u00fchren. Dar\u00fcber hinaus sind dynamische Erm\u00fcdungs- und Korrosionseigenschaften, die durch ungel\u00f6ste Mo-Partikel verursacht werden, unbekannt. Obwohl eine W\u00e4rmebehandlung nach dem Druck ungel\u00f6ste Partikel entfernen kann, kann sie die Mikrostruktur ver\u00e4ndern, was die mechanischen Eigenschaften beeintr\u00e4chtigen kann.<\/p>\n\n\n\n

Insgesamt er\u00f6ffnet die in dieser Science-Studie vorgeschlagene Designstrategie M\u00f6glichkeiten f\u00fcr die Erforschung verschiedener Metallpulver-Rohstoffe, verschiedener druckbarer Legierungssysteme, verschiedener 3D-Drucktechniken und des fortgeschrittenen Multimaterialdrucks. Sie verhindert auch die Bildung s\u00e4ulenf\u00f6rmiger K\u00f6rner und beugt unerw\u00fcnschten Phaseninhomogenit\u00e4ten vor. Diese Probleme entstehen durch unterschiedliche thermische Verteilungen, die durch die Druckparameter der einzelnen Pulver beeinflusst werden. Die Strategie \u00fcberwindet auch das Gleichgewicht zwischen Festigkeit und Duktilit\u00e4t im gedruckten Zustand und minimiert die Notwendigkeit von Behandlungen nach dem Druck, Vorteile, die zweifellos zu einem Forschungsboom auf dem Gebiet des 3D-Drucks f\u00fchren werden.<\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Ein gemeinsames Team der University of Queensland, der Chongqing University und der Technical University of Denmark ver\u00f6ffentlichte einen Artikel mit dem Titel \"Ultra-homogene, hochfeste und duktile 3D-gedruckte Titanlegierungen durch bifunktionales Legierungsdesign\".<\/p>","protected":false},"author":1,"featured_media":1673,"comment_status":"closed","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[23],"tags":[24],"class_list":["post-1663","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-repository","tag-zhi-shi-ku"],"acf":[],"yoast_head":"\n3D\u6253\u5370\u65b0\u7a81\u7834\uff012024\u5e74\u7b2c\u4e8c\u7bc7Science\u7814\u7a76\uff01 - \u4e09\u5e1d\u79d1\u6280\u80a1\u4efd\u6709\u9650\u516c\u53f8<\/title>\n<meta name=\"description\" content=\"\u7531\u6606\u58eb\u5170\u5927\u5b66\u3001\u91cd\u5e86\u5927\u5b66\u3001\u4e39\u9ea6\u6280\u672f\u5927\u5b66\u7684\u8054\u5408\u56e2\u961f\u53d1\u8868\u4e86\u9898\u4e3a\u201c\u901a\u8fc7\u53cc\u529f\u80fd\u5408\u91d1\u8bbe\u8ba1\u5b9e\u73b0\u8d85\u5747\u5300\u3001\u9ad8\u5f3a\u5ea6\u4e14\u5177\u6709\u5ef6\u5c55\u6027\u76843D\u6253\u5370\u949b\u5408\u91d1\u201d\u6587\u7ae0\u3002\" \/>\n<meta name=\"robots\" content=\"index, follow, max-snippet:-1, max-image-preview:large, max-video-preview:-1\" \/>\n<link rel=\"canonical\" href=\"https:\/\/www.3dptek.com\/de\/repository\/3d-dayin-xin-tu-po\/\" \/>\n<meta property=\"og:locale\" content=\"de_DE\" \/>\n<meta property=\"og:type\" content=\"article\" \/>\n<meta property=\"og:title\" content=\"3D\u6253\u5370\u65b0\u7a81\u7834\uff012024\u5e74\u7b2c\u4e8c\u7bc7Science\u7814\u7a76\uff01\" \/>\n<meta property=\"og:description\" content=\"\u7531\u6606\u58eb\u5170\u5927\u5b66\u3001\u91cd\u5e86\u5927\u5b66\u3001\u4e39\u9ea6\u6280\u672f\u5927\u5b66\u7684\u8054\u5408\u56e2\u961f\u53d1\u8868\u4e86\u9898\u4e3a\u201c\u901a\u8fc7\u53cc\u529f\u80fd\u5408\u91d1\u8bbe\u8ba1\u5b9e\u73b0\u8d85\u5747\u5300\u3001\u9ad8\u5f3a\u5ea6\u4e14\u5177\u6709\u5ef6\u5c55\u6027\u76843D\u6253\u5370\u949b\u5408\u91d1\u201d\u6587\u7ae0\u3002\" \/>\n<meta property=\"og:url\" content=\"https:\/\/www.3dptek.com\/de\/repository\/3d-dayin-xin-tu-po\/\" \/>\n<meta property=\"og:site_name\" content=\"\u4e09\u5e1d\u79d1\u6280\u80a1\u4efd\u6709\u9650\u516c\u53f8\" \/>\n<meta property=\"article:published_time\" content=\"2024-09-29T06:59:15+00:00\" \/>\n<meta property=\"article:modified_time\" content=\"2024-09-29T06:59:17+00:00\" \/>\n<meta property=\"og:image\" content=\"https:\/\/www.3dptek.com\/wp-content\/uploads\/2024\/09\/2024-nian-di-er-pian-science-yan-jiu.jpg\" \/>\n\t<meta property=\"og:image:width\" content=\"1080\" \/>\n\t<meta property=\"og:image:height\" content=\"644\" \/>\n\t<meta property=\"og:image:type\" content=\"image\/jpeg\" \/>\n<meta name=\"author\" content=\"3dptek\" \/>\n<meta name=\"twitter:card\" content=\"summary_large_image\" \/>\n<meta name=\"twitter:label1\" content=\"Geschrieben von\" \/>\n\t<meta name=\"twitter:data1\" content=\"3dptek\" \/>\n\t<meta name=\"twitter:label2\" content=\"Gesch\u00e4tzte Lesezeit\" \/>\n\t<meta name=\"twitter:data2\" content=\"3\u00a0Minuten\" \/>\n<script type=\"application\/ld+json\" class=\"yoast-schema-graph\">{\"@context\":\"https:\/\/schema.org\",\"@graph\":[{\"@type\":\"WebPage\",\"@id\":\"https:\/\/www.3dptek.com\/repository\/3d-dayin-xin-tu-po\/\",\"url\":\"https:\/\/www.3dptek.com\/repository\/3d-dayin-xin-tu-po\/\",\"name\":\"3D\u6253\u5370\u65b0\u7a81\u7834\uff012024\u5e74\u7b2c\u4e8c\u7bc7Science\u7814\u7a76\uff01 - 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