26 Ocak 2024 (Nanowerk HaberleriMIT araştırmacıları, sıvı metalle hızlı bir şekilde baskı yapabilen, masa ayakları ve sandalye çerçeveleri gibi büyük ölçekli parçaları dakikalar içinde üretebilen bir katmanlı üretim tekniği geliştirdiler. Sıvı metal baskı (LMP) olarak adlandırılan teknikleri, erimiş alüminyumun önceden tanımlanmış bir yol boyunca küçük cam boncuklardan oluşan bir yatağa bırakılmasını içerir. Alüminyum hızlı bir şekilde sertleşerek 3 boyutlu bir yapıya dönüşür.

[Gömülü içerik]

Araştırmacılar, LMP'nin benzer metal katkılı üretim sürecinden en az 10 kat daha hızlı olduğunu ve metali ısıtma ve eritme prosedürünün diğer bazı yöntemlerden daha verimli olduğunu söylüyor. Teknik, hız ve ölçek için çözünürlüğü feda ediyor. Tipik olarak daha yavaş ekleme teknikleriyle yapılanlardan daha büyük bileşenleri daha düşük maliyetle basabilse de, yüksek çözünürlüklere ulaşamaz. Örneğin, LMP ile üretilen parçalar, daha büyük yapıların bileşenlerinin genellikle çok ince ayrıntılar gerektirmediği mimari, inşaat ve endüstriyel tasarımdaki bazı uygulamalar için uygun olabilir. Ayrıca geri dönüştürülmüş veya hurda metalle hızlı prototipleme için de etkili bir şekilde kullanılabilir. Yakın zamanda yapılan bir çalışmada araştırmacılar, baskı sonrası işlemeye dayanacak kadar güçlü olan masa ve sandalyeler için alüminyum çerçeveler ve parçalar basarak bu prosedürü gösterdiler. LMP ile üretilen bileşenlerin yüksek çözünürlüklü işlemlerle ve ek malzemelerle nasıl birleştirilerek fonksiyonel mobilyalar yaratılabileceğini gösterdiler. "Bu, bazı büyük avantajlara sahip olan metal üretimi hakkındaki düşüncelerimiz açısından tamamen farklı bir yön. Dezavantajları da var. Ancak yapılı dünyamızın çoğu (masalar, sandalyeler ve binalar gibi etrafımızdaki şeyler) aşırı yüksek çözünürlüğe ihtiyaç duymuyor. Hız ve ölçek, aynı zamanda tekrarlanabilirlik ve enerji tüketimi de önemli ölçütlerdir," diyor Mimarlık Bölümünde doçent ve LMP'yi tanıtan bir makalenin kıdemli yazarı olan Self-Assembly Lab eş direktörü Skylar Tibbits (“Sıvı Metal Baskı”; PDF). Makalede Tibbits'e şu anda ETH Zürih'te doktora öğrencisi olan baş yazar Zain Karsan SM '23 de katılıyor; yanı sıra Kimball Kaiser SM '22 ve araştırma bilimcisi ve laboratuvar eş direktörü Jared Laucks. Araştırma, Mimarlıkta Bilgisayar Destekli Tasarım Derneği Konferansı'nda sunuldu ve yakın zamanda derneğin bildirilerinde yayımlandı. Sıvı metal baskı işlemi, burada görüldüğü gibi, erimiş alüminyumun önceden tanımlanmış bir yol boyunca küçük cam boncuklardan oluşan bir yatağa bırakılmasını içerir. (Resim: MIT Kendi Kendine Montaj Laboratuvarı)

Önemli hızlanma

İnşaat ve mimaride yaygın olarak kullanılan ve tel ark katkılı üretim (WAAM) adı verilen metallerle baskı yapma yöntemlerinden biri, büyük, düşük çözünürlüklü yapılar üretebilir, ancak bunlar, bazı bölümlerin üretim sırasında yeniden eritilmesi gerektiğinden çatlamaya ve bükülmeye karşı duyarlı olabilir. yazdırma işlemi. Öte yandan LMP, yeniden eritmenin neden olduğu bazı yapısal sorunlardan kaçınarak malzemeyi süreç boyunca erimiş halde tutar. Grubun kauçukla hızlı sıvı baskı üzerine yaptığı önceki çalışmadan yararlanan araştırmacılar, alüminyumu eriten, erimiş metali tutan ve yüksek hızlarda bir nozül aracılığıyla biriktiren bir makine yaptılar. Büyük ölçekli parçalar sadece birkaç saniyede basılabiliyor ve ardından erimiş alüminyum birkaç dakika içinde soğuyor. “İşlem hızımız gerçekten yüksek ama kontrol edilmesi de çok zor. Bu aşağı yukarı bir musluğun açılmasına benziyor. Eritmeniz gereken büyük miktarda malzeme var ve bu biraz zaman alıyor, ancak onu erittiğinizde bu tıpkı bir musluğu açmak gibidir. Bu, bu geometrileri çok hızlı bir şekilde basmamızı sağlıyor” diye açıklıyor Karsan. Ekip, inşaatlarda yaygın olarak kullanıldığı ve ucuz ve verimli bir şekilde geri dönüştürülebildiği için alüminyumu seçti. Karsan, ekmek somunu büyüklüğündeki alüminyum parçalarının, "temel olarak büyütülmüş bir ekmek kızartma makinesine benzeyen" bir elektrikli fırına yerleştirildiğini ekliyor. Fırının içindeki metal bobinler, metali, alüminyumun 700 derecelik erime noktasının biraz üzerinde, 660 santigrat dereceye kadar ısıtır. Alüminyum, bir grafit potada yüksek sıcaklıkta tutulur ve daha sonra erimiş malzeme, önceden belirlenmiş bir yol boyunca bir seramik nozül aracılığıyla bir baskı yatağına yerçekimi ile beslenir. Eritebilecekleri alüminyum miktarı ne kadar büyükse yazıcının o kadar hızlı gidebileceğini buldular. "Erimiş alüminyum, yoluna çıkan hemen hemen her şeyi yok edecek. Paslanmaz çelik nozullarla başladık ve seramikle sonuçlanmadan önce titanyuma geçtik. Ancak seramik nozullar bile tıkanabilir çünkü nozül ucundaki ısıtma her zaman tam anlamıyla eşit değildir” diyor Karsan. Erimiş malzemeyi doğrudan granüler bir maddeye enjekte ederek, araştırmacıların alüminyum yapıyı şekil alırken tutmak için destek basmasına gerek kalmıyor. LMP işlemi, burada görülen spiral gibi karmaşık geometrilerin basılmasına olanak sağlayabilir. (Resim: MIT Kendi Kendine Montaj Laboratuvarı)

Süreci mükemmelleştirmek

100 mikronluk cam boncukları seçmeden önce, baskı yatağını doldurmak için grafit tozları ve tuz da dahil olmak üzere çeşitli malzemelerle deneyler yaptılar. Erimiş alüminyumun son derece yüksek sıcaklığına dayanabilen minik cam boncuklar, metalin hızla soğumasını sağlayan nötr bir süspansiyon görevi görüyor. “Cam boncuklar o kadar ince ki elinizde ipek gibi duruyor. Toz o kadar küçük ki basılan nesnenin yüzey özelliklerini pek değiştirmiyor” diyor Tibbits. Potada tutulan erimiş malzeme miktarı, baskı yatağının derinliği ve nozülün boyutu ve şekli, nihai nesnenin geometrisi üzerinde en büyük etkiye sahiptir. Örneğin, nesnenin daha büyük çaplı parçaları ilk önce yazdırılır, çünkü nozulun dağıttığı alüminyum miktarı pota boşaldıkça azalır. Memenin derinliğinin değiştirilmesi metal yapının kalınlığını değiştirir. LMP sürecine yardımcı olmak için araştırmacılar, belirli bir zamanda baskı yatağına bırakılacak malzeme miktarını tahmin etmek için sayısal bir model geliştirdiler. Tibbits, nozülün cam boncuk tozunu itmesi nedeniyle araştırmacıların erimiş alüminyumun çökelmesini izleyemediğini, dolayısıyla baskı sürecinin belirli noktalarında neler olması gerektiğini simüle edecek bir yola ihtiyaç duyduklarını açıklıyor. Araştırmacılar, sıvı metal baskı işleminin besleme hızını, nozül hareket ettikçe daha fazla veya daha az malzemenin birikmesini ve basılan nesnenin şeklini değiştirmesini sağlayacak şekilde ayarlayabilirler. (Resim: MIT Kendi Kendine Montaj Laboratuvarı) Frezeleme ve delik delme gibi işleme süreçlerine dayanacak kadar dayanıklı, değişken kalınlıklara sahip alüminyum çerçeveleri hızlı bir şekilde üretmek için LMP'yi kullandılar. Daha düşük çözünürlüklü, hızla basılan alüminyum parçalardan ve ahşap parçalar gibi diğer bileşenlerden oluşan sandalyeler ve bir masa yapmak için LMP ile bu son işleme tekniklerinin bir kombinasyonunu gösterdiler. Araştırmacılar ileriye dönük olarak, malzemenin yapışmasını önlemek için nozülde tutarlı bir ısıtma sağlayabilmek ve aynı zamanda erimiş malzemenin akışı üzerinde daha iyi kontrol elde edebilmek için makine üzerinde tekrarlamaya devam etmek istiyorlar. Ancak daha büyük püskürtme ucu çapları düzensiz baskılara neden olabilir, bu nedenle hâlâ aşılması gereken teknik zorluklar vardır. "Bu makineyi, insanların geri dönüştürülmüş alüminyumu eritmek ve parçaları basmak için kullanabileceği bir şey haline getirebilirsek, bu, metal üretiminde oyunun kurallarını değiştirecek bir şey olurdu. Şu anda bunu yapacak kadar güvenilir değil ama amaç bu” diyor Tibbits. Mobilya şirketi Emeco'nun iş geliştirmesine liderlik eden Jaye Buchbinder, "Emeco'da, oldukça analog üretim dünyasından geliyoruz, bu nedenle sıvı metal baskının tamamen yapısal parça potansiyeli ile incelikli geometriler yarattığını görmek gerçekten ilgi çekiciydi" diyor. bu işe dahil değil. “Sıvı metal baskı, normalde diğer baskı veya şekillendirme teknolojilerinde elde edemeyeceğiniz hızlı geri dönüşü korurken, özel geometrilerde metal parçalar üretme yeteneği açısından çizgiyi gerçekten aşıyor. Teknolojinin metal baskı ve metal şekillendirmenin şu anda işlenme biçiminde devrim yaratma potansiyeli kesinlikle var.”

• SEO Destekli İçerik ve Halkla İlişkiler Dağıtımı. Bugün Gücünüzü Artırın.
• PlatoData.Network Dikey Üretken Yapay Zeka. Kendine güç ver. Buradan Erişin.
• PlatoAiStream. Web3 Zekası. Bilgi Genişletildi. Buradan Erişin.
• PlatoESG. karbon, temiz teknoloji, Enerji, Çevre, Güneş, Atık Yönetimi. Buradan Erişin.
• PlatoSağlık. Biyoteknoloji ve Klinik Araştırmalar Zekası. Buradan Erişin.
• Kaynak: https://www.nanowerk.com/news2/gadget/newsid=64521.php