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厉害!3D打印出1.4GPa超高强度钢!致密度达99.25%!

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利用本文模型优化出打印马氏体钢AF9628的最优工艺参数,最终获得致密度大于99.25%的实验样件,强度大于1.4GPa。

增材制造构件性能对于工艺参数极为敏感。要获得稳定的打印参数往往需要大量的实验。来自美国Texas A&MUniversity的研究表明,通过建立工艺参数优化模型,并对模型中的各个相关系数进行修正,优化出了高强马氏体钢最优打印参数。相关论文以题为“An Ultra-High Strength Martensitic Steel Fabricated using Selective Laser Melting Additive Manufacturing: Densification, Microstructure, and Mechanical Properties”发表在Acta Materialia。

论文链接:

https://doi.org/10.1016/j.actamat.2019.12.037

厉害!3D打印出1.4GPa超高强度钢!致密度达99.25%!

本文采用马氏体钢AF9628为原材料,采用SLM工艺进行单道实验和打印实验,利用Eagar-Tsai模型描述打印工艺参数对熔池几何形貌和温度分布的影响。作者将输入参数分为两类:一类是热输入参数包括激光功率、扫描速度和激光高斯热源半径;另一类是材料参数,包括热导率、密度、比热、熔点和激光吸收率。并利用统计方法对该模型的不确定性进行校正,结合特殊设定的单道打印实验结果对模型偏差进行校正。作者提出以搭接量标准来预测熔宽和熔高,获得最优搭接量,建立工艺参数指导图。最终利用该模型优化出打印马氏体钢AF9628的最优工艺参数,最终获得致密度大于99.25%的实验样件,强度大于1.4GPa。

厉害!3D打印出1.4GPa超高强度钢!致密度达99.25%!

图1采用的研究路线图

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图2 粉末的EBSD

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图3 熔池形貌

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图4 不同打印参数下的致密度

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图5 超高强马氏体钢AF9628的微观组织EBSD图和等效晶粒尺寸分布

总的来说,作者所采用基于搭接量评价的数学模型,能很好的预测打印过程中熔池的几何尺寸,控制好搭接量便能很好的控制打印样品的性能。这种方法有利于减少实验次数,特别是对于新材料的工艺探索是一种行之有效的方法。(文:砰砰砰砰)

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