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煜宸激光:功能梯度3D打印技术助力新材料研发

功能梯度材料(Functionally Gradient Materials,FGMs),是由日本的新野正之、平井敏雄和渡边龙三等著名学者于1987年秋提出并着手研究的。当时是用于新一代航天飞机的热防护系统,即在与高温气体接触侧采用陶瓷耐高温材料,而在液氢冷却侧采用金属材料保证其力学强度和热传导性。继日本之后,美国、德国、俄罗斯、瑞士等国家也纷纷关注并开始了功能梯度材料的研究。目前在国际范围内己形成了以日、美、中、德等国家为中心的FGM国际合作研究环境,而且有越来越多的国家加入到了这一新兴的研究领域。

梯度材料成形方法及性能优势

煜宸激光:功能梯度3D打印技术助力新材料研发

梯度材料复合成型分析(参考)

煜宸激光:功能梯度3D打印技术助力新材料研发

Ti64和NiCr梯度材料能谱分析照片

(源于DOI:10.1016/j.addma.2014.10.002)

煜宸激光:功能梯度3D打印技术助力新材料研发

SS304L和In625梯度材料成型组织金相分析照片

(源于DOI:10.1016/j.actamat.2016.02.019)

激光3D打印技术的一个重要发展方向就是制备功能梯度材料,激光3D打印制备梯度材料适应面较广,既可以制备FGM涂层也可以制备FGM体材,而且其生产周期短、加工速度快、设计灵活、材料利用率高,其成形件尺寸精度高、组织致密、晶粒细化、具有优良的使用性能。利用LDM4030同轴送粉系统,通过调整粉末的输送量和输送比例使两种或两种以上材料含量实现层与层之间连续变化,成分设计更加灵活,过渡更加均匀,能制备出成分比例连续变化的梯度功能材料。

LDM4030助力梯度材料开发

中科煜宸新款LDM4030同轴送粉设备,是基于高校和科研院所等研究型单位的需求特点,针对新材料开发过程中材料种类繁多、材料间切换频繁等问题,在保证基本功能前提下,对设备进行了进一步的优化升级。

煜宸激光:功能梯度3D打印技术助力新材料研发

LDM4030同轴送粉3D打印机外观

煜宸激光:功能梯度3D打印技术助力新材料研发

LDM4030同轴送粉3D打印机设备参数

煜宸激光:功能梯度3D打印技术助力新材料研发

双筒双控式(左)和三桶三控式(右)

可实现加工设备(激光器)控制主机的集成控制;

送粉器连续稳定,送粉量和载粉气流量精确可控;

多个料仓可单独送粉,也可同时送粉;

有机玻璃可视粉桶;

触摸屏和PLC控制,性能稳定、安全可靠。

煜宸激光:功能梯度3D打印技术助力新材料研发

双桶、三桶送粉器参数

利用LDM4030实验平台,开展了对In718(镍基合金)+Fe313(铁基)、In718(镍基合金)和316L(不锈钢)等梯度材料的成形工艺及组织进行了相关的研究分析,在梯度材料研究方面做了一定的技术探索。

煜宸激光:功能梯度3D打印技术助力新材料研发

In718+Fe313路径方案和成型样块

目前FGM的应用不再局限于航空航天领域,其在能源工程、机械工程、生物医学工程、光学工程、化学工程、电磁等领域上都有重要的应用。

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