Theo các nhà nghiên cứu tại Đại học Khoa học Tokyo, việc sửa chữa in 3D kim loại thông thường các bộ phận cơ khí bị hư hỏng trong máy đòi hỏi thiết bị cồng kềnh và lãng phí bột kim loại. Mặc dù sự lắng đọng năng lượng định hướng bằng laser đã vượt qua thách thức này, nhưng các điều kiện tạo hình tối ưu phải được xác định bằng phương pháp thử và sai.
Các bộ phận trong máy móc và cấu trúc công nghiệp bị mỏng hoặc nứt cần được thay thế bằng những bộ phận mới. Trong những năm gần đây, những nỗ lực sửa chữa chúng đã được xem xét để cải thiện tính bền vững của công nghiệp. Do đó, công nghệ sửa chữa máy móc đã trở thành một chủ đề nóng của nghiên cứu và phát triển, trường đại học lưu ý.
Các nhà nghiên cứu tại Đại học Khoa học Tokyo (TUS) cho biết họ đã phát triển một phương pháp số tự động tạo ra các phần tử lắng đọng dạng bột kim loại. Nó có thể dự đoán trước các điều kiện của quá trình hình thành, phân bố nhiệt độ, trạng thái biến dạng và phân bố ứng suất dư.
Cặp song sinh kỹ thuật số cung cấp in 3D ít cồng kềnh hơn
kim loại thông thường in 3D chế tạo sử dụng bề mặt của một lớp bột đặt cơ học được chiếu tia laze hoặc chùm tia điện tử để làm tan chảy các hạt kim loại và nung chảy chúng. Tuy nhiên, phương pháp này đòi hỏi thiết bị chế tạo cồng kềnh, các nhà khoa học cho biết.
Ngoài ra, một lượng lớn bột kim loại được xử lý sau quá trình chế tạo, họ lưu ý.
Tuy nhiên, lắng đọng năng lượng định hướng bằng laser (LDED) là một công nghệ đầy hứa hẹn vượt qua các thách thức, Đại học Khoa học Tokyo cho biết. Trong kỹ thuật này, bột kim loại được lắng đọng tại tiêu điểm của chùm tia laze, sau đó được nung chảy và xếp chồng lên nhau.
Nhóm nghiên cứu cho biết, ưu điểm của LDED không chỉ liên quan đến sự nhỏ gọn của thiết bị mà còn giảm đáng kể chất thải bột kim loại. Hơn nữa, nó cho biết, công nghệ này cho phép chế tạo bột kim loại tại chỗ ở dạng 3D trên bề mặt của chất nền, vì vậy nó có thể được sử dụng để sửa chữa máy móc làm bằng kim loại.
Công nghệ sửa chữa tại chỗ lắng đọng năng lượng trực tiếp bằng laser (LDED). Tín dụng: Masayuki Arai, Đại học Khoa học Tokyo
Nhóm nghiên cứu bao gồm Giáo sư Masayuki Arai từ Khoa Cơ khí tại TUS, Toshikazu Muramatsu, cũng từ TUS, và Tiến sĩ Kiyohiro Ito từ Khoa Cơ khí và Điện tại Đại học Khoa học Suwa, Nhật Bản.
Họ đã hợp tác với Phòng thí nghiệm phát triển công nghệ phun nhiệt của Công ty TOCALO để phát triển kỹ thuật sửa chữa bằng LDED.
“Sử dụng kỹ thuật của chúng tôi, hình dạng bề mặt của cấu trúc kim loại có thể được khôi phục hoàn toàn tại chỗ và việc xử lý bột kim loại cần thiết để sửa chữa có thể giảm đáng kể,” Giáo sư Arai, người đã tích cực tham gia nghiên cứu cơ học hư hỏng, giải thích và công nghệ sửa chữa. “Tuy nhiên, các điều kiện tạo hình tối ưu cần thiết để ứng dụng rộng rãi công nghệ này trong công nghiệp cho đến nay vẫn phải được xác định bằng quy trình thử và sai.”
Đại học Khoa học Tokyo nghĩ ra mô hình LDED toán học
Trong một bài báo gần đây được phát hành TRONG Tạp chí Công nghệ phun nhiệtcác nhà nghiên cứu đã nghĩ ra một mô hình toán học của LDED tự động tạo vùng lắng đọng bột kim loại bằng thuật toán khai tử, loại bỏ phỏng đoán cần thiết để tối ưu hóa quá trình sản xuất.
“Mô hình dẫn nhiệt-bức xạ nhiệt và mô hình cấu thành nhớt-dẻo dẻo được áp dụng cho các phần tử xếp chồng lên nhau tạo thành vùng lắng đọng, do đó có thể mô phỏng một cách trung thực một loạt các thay đổi trạng thái từ nóng chảy sang đông đặc của lớp bột kim loại lắng đọng. , Arai lưu ý. “Bằng cách kết hợp các mô hình này vào một chương trình phân tích phần tử hữu hạn, chúng tôi đã phát triển một hệ thống phân tích gia công mới chưa từng được sử dụng trước đây.”
Nhóm đã mô phỏng số lượng quá trình phục hồi và có thể dự đoán các điều kiện của quá trình hình thành. Nó đã xác minh những phát hiện thông qua các thí nghiệm. Các nhà nghiên cứu của TUS phát hiện ra rằng ứng suất dư trong lớp lắng đọng thấp hơn nhiều so với ứng suất thu được thông qua các quy trình sửa chữa thông thường.
Nhóm nghiên cứu TUS đã chứng minh rằng LDED vượt trội so với các phương pháp sửa chữa khác về độ bền bề mặt và tính chất cơ học. Tín dụng: Masayuki Arai, Đại học Khoa học Tokyo
Hệ thống phân tích số gia công 3D mới lạ này là một sinh đôi kỹ thuật số TUS cho biết công nghệ gia công lõi hiện có dựa trên sự hợp nhất của kim loại trong khu vực cần sửa chữa.
Phương pháp phân tích số này có thể được áp dụng cho các ứng dụng công nghiệp khác nhau, chẳng hạn như lập kế hoạch sửa chữa hiện tượng tạo bọt khí mỏng trên bề mặt cánh quạt được sử dụng trong máy bơm tuần hoàn của nhà máy điện và nghĩ ra phương pháp giảm biến dạng dư sau khi sửa chữa phần mỏng đi của đầu khí cánh quạt của tuabin.
Nhóm nghiên cứu của Đại học Khoa học Tokyo tuyên bố rằng tự động hóa kết hợp với dự đoán các điều kiện của quy trình có thể giúp chế tạo kim loại lớp kim loại 3D bằng công nghệ sửa chữa LDED hiệu quả hơn. Bằng cách quản lý tài nguyên hiệu quả hơn, cặp song sinh kỹ thuật số cũng có thể cải thiện tính bền vững về môi trường của phương pháp sản xuất.
Nguồn thông tin : www.robotics247.com (post by Automation bot)
