توسعه مواد فلزی پیشرفته جهت پرینت سه بعدی فلزات
محور پژوهش
ماشین آلات و تجهیزات پیشرفته
پژوهشکده/دانشکده
مهندسی مکانیک
حوزه پژوهش
تجهیزات ساخت و تولید مواد و قطعات فلزی، سرامیکی، پلیمری و كامپوزیتی
عنوان
توسعه مواد فلزی پیشرفته جهت پرینت سه بعدی فلزات هدف از اجرای پژوهش، کاربردها، مزیت‌ها و ضرورت انجام پروژه: طی چند سال اخیردر بین روشهای ساخت افزودنی، چاپ سه بعدی فلزات بسیارمورد توجه قرار گرفته است. توانایی تولید مستقیم قطعات کاربردی با هندسه و خواص منحصربفرد، قابلیت یکپارچه سازی مجموعه قطعات مونتاژی، ساخت قطعه اختصاصی بصورت تکی یا انبوه، وتولید سریعترهمراه با بازدهی بالاترنسبت به روش های مرسوم تولید باعث شده که در کنار کاربردهای معمول زینتی، صنعتی، پزشکی، دانشگاهی و تحقیقی این فناوری، حوزه های صنعتی پیشرفته نظیرصنایع هوافضایی وتولیدانرژی پرینت سه بعدی فلزات را بعنوان یک روش جدید تولید به کار بگیرند. پتانسیل‌های روش ساخت افزودنی از جهت امکان ساخت هندسه‌های پیچیده، کاربری‌های مختلفی برای آن ایجاد کرده‌است. برخی از ساخت افزودنی به عنوان انقلابی در تکنولوژی ساخت یاد می‌کنند.این روش ساخت مستقل از پیچیدگی هندسی قطعه نهایی است و امکان سفارشی‌سازی محصول بر مبنای نیاز مشتری، کاهش قطعات موجود در یک سازه مونتاژی به دلیل امکان طراحی پیچیده‌تر قطعات، کاهش وزن قطعات و خلاقیت در طراحی هندسه‌های پیچیده را میسر می‌سازد. عدم نیاز این روش ساخت به ابزار، فیکسچر و قالب و تولید قطعه در یک گام، منجر به کاهش زمان توسعه محصول جدید، کاهش هزینه در تیراژهای کم، صرفه‌جویی در مصرف انرژی، صرف هزینه زمانی و مالی کمتر به منظور تغییر طرح وسرعت در پاسخ به بازار مصرف خواهد شد. ماهیت افزودنی این فرآیند بر خلاف روش‌های سنتی ساخت، اتلاف مواد اولیه کمتری را به دنبال خواهد داشت. به عنوان مثال شرکت جنرال الکتریک که از بزرگترین شرکت های فعال در زمینه ساخت توربین می باشد (در کنار زمینه های کاری گسترده دیگر)، در سال 2016 با خرید سهام غالب شرکت های Concept Laser و Arcam به مبلغ حدود یک ونیم میلیارد دلار امروزه از بزرگترین شرکتهای تولید کننده و استفاده کننده از تکنولوژی AM فلزی می باشد. شرکت GE سه سطح نگرش را در مقیاس صنعتی روشهای AM تعریف کرده است. سطح یک نگرش قطعه ای، سطح دو نگرش سیستمی و سطح سه شامل کنار گذاشتن طرح یک محصول و طراحی آن برای ساخت افزودنی است. نازل سوخت CFM LEAP-1A مثال شناخته شده ای از سطح یک می باشد. در این مورد روش AM جهت قطعه ی موجودی که از چندین جزء تشکیل شده بود بکار برده شد که حاصل آن کاهش تعداد بیست جزء به یک قطعه بود. یکی از فرآیندهای هزینه بری که در ساخت قطعه اولیه استفاده می شد و پس از اعمال روش چاپ سه بعدی از عملیات تولید حذف گردید لحیم آلیاژ نیکل قطعات نازل به یکدیگر بود که بوسیله فویل هایی از جنس طلا صورت می گرفت. نازل پرینت شده اکنون درخطوط هواپیمایی ترکیه و ورود به خدمت 737 MAX از سال 2017 استفاده می شود. مطابق اطلاعات موجود شرکت GE اکنون به سطح سوم استفاده از روش AM دست یافته است. یکی از مثالهای این سطح فناوری موتور توربوتراپ پیشرفته (ATP) می باشد. در این کاربرد روش AM، تعداد 855 قطعه موتور به 12 عدد کاهش یافته و همه اسکلتهای ریختگری حذف شده اند، اگرچه هنوز تعدادی قطعه ریختگی مورد نیاز است. طرح موتور جدید 20% مصرف کمترسوخت، 5% کاهش وزن و کوتاه کردن زمان آزمایشات از 12 ماه به 6 ماه را به همراه داشته است. به منظور استفاده از قابلیت های این فناوری لازم است که اولا دامنه متریالهای قابل فرآوری گسترده شده، ثانیا خواص متالورژیکی، مکانیکی (استاتیکی و دینامیکی)، خزشی، و ... استخراج شده و بهینه گردند، و از طرف دیگر قواعد طراحی جهت ساخت افزودنی تبیین، و عملکرد آنها بررسی شوند. از اینرو فعالیت گسترده ای با همکاری محققین دانشکده های مهندسی مکانیک و مهندسی مواد، و با حمایت صنعت در حال انجام است که پیشرفت های زیادی حاصل شده و یا در دست انجام می باشد. گزارش و شرح زیرساخت‌ها، فعالیت‌ها، و دستاوردها این پژوهش حاصل همکاری محققین دانشکده های مکانیک و مواد، و حمایت صنایع (شرکت های نورا، سمت، توگا، و پرتو) می باشد. پژوهش شامل توسعه متریالهای تجاری مرسوم و یا تولید متریال پیشرفته می باشد. یک دسته مهم از موادی که در این پژوهش توسعه یافته (داده می شوند) سوپرآلیاژهای پایه نیکای می باشند که عمده ترین کاربرد آنها در قطعات توربین و نیروگاهی می باشد. بطور مشخص خواص مکانیکی، متالورزیکی و خزشی آلیاژ اینکونل 718 در دمای محیط و در دمای 650 درجه، پس از ساخت قطعه و یا پس از عملیات حرارتی بررسی شده اند. نتایج بدست آمده نشان می دهد که خواص مکانیکی بسیار بالاتر از فرآیند ریخته گری و عمدتا نزدیک به عملیات آهنگری می باشد. ریزدانگی و تکسچر ایجادشده در قطعات خواص منحصربفردی را برای قطعات ایجادکرده که نوید قابلیت استفاده در قطعات کاربردی این حوزه را می دهد. چگالی قطعات تولید شده بگونه ای بوده که خواص دینامیکی و خزشی مد نظر استانداردها را تامین می کنند. درحال حاضر سوپرآلیاژهای هستلوی، 713، و 738 در حال انجام می باشند. فرآوری ماده آلومینیوم خالص، و نانوکامپوزیت پایه آلومینیوم از دیگر دسته مواد پیشرفته است که در حال مطالعه می باشد. از دیگر مواد در حال تحقیق آلیاژنایتینول( تیتانیوم-نیکل)، فولادهای ضدزنگ و گرم کار می باشند. دستاوردهای فرآوری نایتینول نشان داده که خاصیت حافظه داری و سوپرپلاستیک عالی از این فرآیند قابل استحصال می باشد. دامنه مواد در حال مطالعه در حال حاضر وسیع ترین کارهای در حال انجام در سطح کشور می باشد. تصاویر و محتوای گرافیکی مرتبط ریزساختارهای فولاد ضدزنگ آستنتی (چپ) و اینکونل 718 پس از SLM (تصویر راست)





تولید محصول چگال موفق حافظه دار