블로그

Aug 02, 2023

최초로 스테인레스 스틸의 특성을 유지하면서 3D 프린팅이 가능해졌습니다.

RodrigoEM/iStock 구독함으로써 귀하는 당사의 이용약관 및 정책에 동의하게 됩니다.

RodrigoEM/iStock

구독함으로써 귀하는 언제든지 구독을 취소할 수 있는 이용 약관 및 정책에 동의하게 됩니다.

NIST(National Institute of Standards and Technology), 위스콘신대학교 매디슨대학교, 아르곤 국립연구소(Argonne National Laboratory)의 연구원들은 특정 17-4 강철 구성을 만들어냈습니다. 인쇄하면 기존에 제조된 버전의 특성과 일치합니다.

이번 연구 결과는 적층제조(Additive Manufacturing) 11월호에 게재됐다. 그들은 데이터를 얻기 위해 입자 가속기의 고에너지 X선을 사용했습니다.

NIST는 강도와 내구성이 원자력 발전소, 화물선, 비행기 및 기타 핵심 기술에 매우 중요하다고 말합니다. 이러한 이유로 많은 제품이 내구성이 뛰어난 합금 17-4 석출 경화(PH) 스테인리스강으로 만들어졌습니다. 이제 최초로 17-4 PH 강철이 유익한 특성을 유지하면서 안정적으로 3D 프린팅될 수 있습니다.

최신 연구를 통해 17-4 PH 품목 제조업체의 경우 3D 프린팅이 더욱 비용 효율적이고 유연해질 수 있습니다. 본 연구에서 물질을 조사하기 위해 활용한 방법은 다양한 물질을 프린팅하는 방법을 더 잘 이해하고 그 품질과 성능을 예측할 수 있는 토대를 마련할 수도 있습니다.

NIST 물리학자는 "금속의 적층 제조에 대해 생각할 때 우리는 본질적으로 수백만 개의 작은 분말 입자를 레이저와 같은 고출력 소스를 사용하여 하나의 조각으로 용접하여 액체로 녹이고 냉각시켜 고체로 만드는 것"이라고 말했습니다. 연구 공동 저자인 Fan Zhang.

"그러나 냉각 속도는 빠르며 때로는 초당 섭씨 100만도를 초과하며 이러한 극단적인 비평형 조건은 일련의 특별한 측정 문제를 야기합니다."

연구자들은 급격한 온도 변화 중에 어떤 일이 일어나는지 이해하고 내부 구조가 마르텐사이트 방향으로 향하도록 하기 위해 무엇을 할 수 있는지 탐구하기 시작했습니다.

밀리초 단위로 발생하는 급속한 구조 변화를 조사하기 위해 연구원들은 전문적인 도구가 필요했습니다. 그들은 싱크로트론 X선 회절(XRD)이 이상적인 기술임을 발견했습니다.

"XRD에서 X선은 물질과 상호작용하고 물질의 특정 결정 구조에 해당하는 지문과 같은 신호를 형성할 것"이라고 UW-Madison 기계공학과 교수이자 연구 공동 저자인 Lianyi Chen이 말했습니다.

Fan Zhanget al.

저자는 강철의 구성을 미세 조정하여 철, 니켈, 구리, 니오븀 및 크롬만으로 구성된 일련의 구성을 찾을 수 있었습니다. 이제 참조로 인쇄하는 동안 구조 역학을 잘 이해했기 때문입니다. .

"구성 제어는 3D 프린팅 합금의 진정한 핵심입니다. 구성을 제어함으로써 우리는 합금이 어떻게 응고되는지 제어할 수 있습니다. 또한 우리는 광범위한 냉각 속도(예: 초당 섭씨 1,000~1천만도)에 걸쳐 있음을 보여주었습니다. , 우리의 구성은 일관되게 완전한 마르텐사이트 17-4 PH 강철을 생성합니다"라고 Zhang은 말했습니다.

최근 연구는 17-4 PH 강철을 넘어서도 영향력이 있을 수 있습니다. XRD 기반 방법에서 얻은 정보는 3D 프린팅을 위해 다른 합금을 최적화하는 것 외에도 인쇄된 항목의 품질을 예측하기 위한 컴퓨터 모델을 개발하고 테스트하는 데 사용될 수 있습니다.

Chen은 "우리의 17-4는 신뢰할 수 있고 재현 가능하므로 상업적 사용에 대한 장벽을 낮춥니다. 이 구성을 따르면 제조업체는 기존에 제조된 부품만큼 우수한 17-4 구조를 인쇄할 수 있어야 합니다"라고 Chen은 말했습니다.

추상적인:

융합 기반 적층 제조 기술을 사용하면 기존 제조 방법으로는 달성할 수 없는 기하학적, 구성적으로 복잡한 부품을 제작할 수 있습니다. 그러나 불균일하고 평형과는 거리가 먼 가열/냉각 조건은 인쇄된 부품에서 바람직한 위상을 일관되게 얻는 데 중요한 과제를 제기합니다. 여기서 우리는 현장 고속, 고에너지, 고해상도 X선 회절에 의해 밝혀진 상 변환 역학을 바탕으로 마르텐사이트 스테인리스강 개발을 보고합니다. 이렇게 개발된 스테인리스강은 광범위한 냉각 속도(102~107℃/s)에 걸쳐 원하는 완전 마르텐사이트 구조를 일관되게 형성하므로 완전 마르텐사이트 구조의 부품을 직접 인쇄할 수 있습니다. 인쇄된 재료는 1157 ± 23 MPa의 항복 강도를 나타내며 석출 경화 열처리 후의 가공 재료와 비슷합니다. 인쇄된 특성은 완전한 마르텐사이트 구조와 적층 가공의 고유 열처리 중에 형성된 미세한 석출물에 기인합니다. 여기에 설명된 상 변환 역학 유도 합금 개발 전략은 적층 제조에 특화된 신뢰할 수 있는 고성능 합금을 개발하기 위한 길을 열어줍니다.