Les chercheurs de Cornell ont adopté une nouvelle approche pour explorer la manière dont la microstructure émerge dans un alliage métallique imprimé en 3D : ils l’ont bombardé de rayons X pendant l’impression du matériau.
En observant remark le processus de déformation thermomécanique crée des phénomènes microscopiques localisés tels que la flexion, la fragmentation et l’oscillation en temps réel, les chercheurs seront en mesure de produire des matériaux personnalisés intégrant de telles caractéristiques améliorant les performances.
L’article du groupe, “Dendritic Deformation Modes in Additive Production Unveiled by Operando X-Ray Diffraction”, publié le 10 octobre dans Communications Products. L’auteur principal est la doctorante Adrita Dass, MS ’20.
“Nous examinons toujours ces microstructures après le traitement, mais il manque beaucoup d’informations en effectuant uniquement des caractérisations write-up-mortem. Nous disposons désormais d’outils pour pouvoir observer ces évolutions microstructurales au fur et à mesure qu’elles se produisent”, a déclaré Atieh Moridi, assistant professeur à la Sibley Faculty of Mechanical and Aerospace Engineering de Cornell Engineering et auteur principal de l’article. “Nous voulons être en mesure de comprendre remark se forment ces minuscules motifs ou microstructures, vehicle ils dictent tout sur les performances des pièces imprimées.”
Le groupe s’est concentré sur une forme d’impression 3D dans laquelle une poudre – dans ce cas, le superalliage à foundation de nickel IN625, largement utilisé dans la fabrication additive et l’industrie aérospatiale – est appliquée by using une buse et fondue par un faisceau laser haute puissance. puis refroidit et se solidifie.
au Laboratoire Wilson.
L’installation n’avait jamais mené ce type d’expérience d’impression 3D auparavant, c’est pourquoi le scientifique de la ligne de lumière CHESS, Darren Pagan, aujourd’hui professeur adjoint à l’Université d’État de Pennsylvanie, a travaillé avec les chercheurs pour intégrer l’installation de l’imprimante dans l’une des huttes d’expérimentation de l’installation. L’équipe CHESS a également développé des protocoles de sécurité cruciaux pour l’utilisation d’un laser haute puissance avec des poudres inflammables.
Au cours de l’expérience sur la ligne de lumière Fast, un faisceau de rayons X focalisé a été envoyé dans la cage, où il a traversé l’IN625 pendant qu’il était chauffé, fondu et refroidi. Un détecteur situé de l’autre côté de l’imprimante a capturé les motifs de diffraction résultant de l’interaction des rayons X avec le matériau.
“La façon dont ces modèles de diffraction se forment nous donne beaucoup d’informations sur la construction du matériau. Ce sont les empreintes microstructurales qui capturent l’histoire du matériau au cours du traitement”, a déclaré Moridi. “En fonction de l’interaction et de sa bring about, nous obtenons différents modèles, et à partir de ces modèles, nous pouvons recalculer la framework du matériau.”
En règle générale, les chercheurs tentent de consolider la quantité de données de diffraction afin de les analyser. Mais Moridi, Dass et le doctorant et co-auteur Chenxi Tian, MS ’22, ont entrepris une tâche furthermore difficile et ont étudié les photographs brutes du détecteur. Bien que cette approche ait nécessité moreover de temps et de main d’œuvre, elle a fourni une impression in addition riche et plus globale de la façon dont l’IN625 a pris forme, révélant « des caractéristiques uniques qui nous manquent la plupart du temps », a déclaré Moridi.
Le groupe a identifié les principales caractéristiques microstructurales créées par les effets thermiques et mécaniques du processus, notamment : la torsion, la flexion, la fragmentation, l’assimilation, l’oscillation et la croissance interdendritique.
Les chercheurs prévoient que leur méthode pourra être appliquée à d’autres métaux imprimés en 3D, tels que les aciers inoxydables, le titane et les alliages à haute entropie, ou à tout système de matériaux doté d’une construction cristalline.
La méthode peut également contribuer au développement de matériaux additionally robustes. Par exemple, l’impulsion d’un faisceau laser augmenterait la fragmentation à l’intérieur d’un cristal et réduirait la taille de ses grains, rendant ainsi le matériau plus résistant.
“L’objectif last est d’avoir le meilleur système de matériaux feasible pour cet alliage particulier et pour une software particulière”, a déclaré Dass. “Si vous savez ce qui se passe pendant le traitement, vous pouvez choisir comment traiter vos matériaux afin d’obtenir ces caractéristiques spécifiques.”
tous deux soutenus par la NSF.
