China Powder Network News Gradient 기능성 소재는 2종 이상의 재료로 구성되고 그 조성이 연속적으로 Gradient인 새로운 유형의 복합 재료입니다. 그것은 오늘날 빠르게 발전하는 엔지니어링 분야에서 광범위한 관심을 받았습니다. 그러나 전통적인 구배 기능성 재료 준비 기술은 항공, 의료, 군사 및 기타 산업 분야의 요구를 충족시킬 수 없습니다. 새로운 기술로서 적층 제조는 구배 기능성 재료의 준비 문제를 해결하는 새로운 아이디어를 제공합니다.
1 기능적으로 등급이 매겨진 재료
기능 등급 재료(FGM)는 재료 특성을 유지하고 열악한 작동 환경에서 부품 고장을 방지하는 공간 등급 구성, 다공성 또는 미세 구조를 가진 고급 엔지니어링 재료입니다.
기능 등급 재료의 개념은 1984년 일본 학자 Masako Niano와 Toshio Hirai에 의해 처음 제안되었습니다. 디자인 아이디어는 재료 내부 인터페이스의 열 응력 문제를 해결하기 위해 두께 방향을 따라 구성 요소를 지속적으로 변경하는 세라믹/금속 기능 등급 재료를 사용하는 것입니다. 기존 복합 재료와 비교하여 기능 등급 재료는 구배 층에서 구성 요소의 지속적인 변화를 실현하고 층 간의 열팽창 계수 및 탄성 계수와 같은 재료 특성의 차이를 줄이고 계면 응력을 감소시켜 재료 성능을 향상시킬 뿐만 아니라 및 신뢰성뿐만 아니라 재료의 신뢰성을 향상시킵니다. 재료의 복합 특성이 보장됩니다.
오늘날 기능 등급 재료는 원래의 고온 단열 재료에서 의생명 공학, 원자력 산업, 항공 우주, 반도체 광전자 공학, 방위 및 군사 산업 등으로 확장되어 전 세계의 전문가와 학자들에게 점점 더 높이 평가되고 있습니다. .
기능 등급 재료의 광범위한 적용으로 인해 긴 준비 주기와 복잡한 절차가 있는 전통적인 제조 기술은 맞춤형 및 복잡한 모양의 기능 등급 재료의 신속한 준비를 충족하기가 점점 더 어려워지고 있습니다. 기능적으로 등급이 매겨진 재료를 홍보하려면 보다 유연하고 효율적인 제조 기술이 필요합니다. 의 개발. LAM(Laser Additive Manufacturing) 기술은 컴퓨터, 수치 제어, 재료 및 레이저를 통합하는 1990년대에 개발된 새로운 첨단 제조 기술입니다.
2 레이저 적층가공의 원리
레이저 적층 제조 기술은 미적분학의 아이디어를 기반으로 하며, 레이저를 에너지원으로 사용하여 미리 설정되거나 동시에 공급되는 금속 분말에 레이어별 레이저 클래딩을 수행하고 재료를 추가하여 레이어별로 고체를 준비합니다. 구성 요소.
레이저 적층 제조 개략도
위의 그림은 레이저 적층 제조의 개략도를 보여줍니다. 먼저 컴퓨터로 준비할 부품의 3 차원 CAD 모델링을 수행하고 CAD 모델을 특정 두께에 따라 얇은 조각으로 자르면 부품이 복잡한 3에서 일련의 2 차원 평면 구조로 이산화됩니다. -차원 3차원 구조, 다음 각 2차원 윤곽의 궤적을 스캔합니다. 처리된 데이터를 설계하고 수치 제어 시스템으로 전송하여 수치 제어 코드를 형성합니다. 마지막으로 컴퓨터 프로그램의 제어하에 레이저 클래딩 방법으로 분말 재료를 정해진 경로에 따라 한 줄 한 줄 쌓고 최종적으로 3차원 개체를 형성합니다. 소량의 가공만 필요한 부품 또는 블랭크.
3 레이저 적층 가공의 분류
레이저 적층 제조 기술은 전 세계의 여러 연구 기관에서 비교적 독립적으로 개발되기 때문에 많은 이름이 있지만 원리는 기본적으로 유사합니다. 가장 대표적인 레이저 적층 제조 기술은 동기식 분말 공급을 특징으로 하는 레이저 용융 증착(LMD)과 분말 베딩을 특징으로 하는 선택적 레이저 용융(SLM)입니다.
레이저 용융 증착 기술은 고에너지 레이저 빔을 사용하여 기판 표면을 조사하여 용융 풀을 형성하고 분말 피더가 금속 분말을 용융 풀로 보내 빠르게 용융시켜 금속과 야금 결합층을 형성합니다. 기판 및 기판의 표면을 덮어 새로운 금속 분말을 형성합니다. 금속층.
레이저 선택 용융 기술과 레이저 용융 증착 기술의 차이점은 분말 첨가 형태의 차이입니다. 레이저 빔을 스캔하기 전에 레이저 선택적 용융 기술은 먼저 분말 스프레딩 롤러를 사용하여 기판에 금속 분말 층을 사전 도포한 다음 레이저 빔을 사용하여 사전 주입합니다. 설정된 스캐닝 궤적을 사용하여 선택적으로 용융 가루. 용융의 각 층이 완료된 후 성형 실린더는 미리 설정된 높이로 내려가고 분말 살포 실린더는 미리 설정된 높이로 올라가고 분말 살포 롤러는 분말 층을 고르게 퍼뜨립니다. 최종 필수 부품.
4 그래디언트 기능성 소재의 레이저 적층가공 연구 진행
레이저 적층 제조 기술의 중요한 발전 방향은 고성능 구배 기능성 재료의 준비로 국내외 학자들로부터 많은 관심을 받고 있습니다. 금속재료/세라믹재료의 조합에 관한 연구.
4.1 금속/금속 구배 기능성 재료의 레이저 적층 제조
금속 재료는 다른 엔지니어링 재료와 비교할 수 없는 우수한 종합적인 물리적, 화학적 및 기계적 특성을 가지고 있습니다. 미세 구조를 조정하여 금속 재료의 특성을 더욱 향상시키는 것이 최근 몇 년 동안 재료 연구의 주요 방향이 되었습니다. 금속 재료에 구배 구조를 도입하면 원래 결합된 재료 특성이 깨져 하나 이상의 특성을 개별적으로 개선할 수 있습니다. 재료의 전반적인 성능과 서비스 성능은 크게 최적화되고 향상될 수 있습니다. 국내외 연구원들은 첨단 레이저 적층 제조 기술을 사용하여 다양한 종류의 금속/금속 구배 기능 재료를 준비하고 미세 구조 및 특성에 대해 심층 연구했습니다.
4.2 금속/세라믹 구배 기능성 재료의 레이저 적층 제조
1970년대부터 사람들은 금속에 세라믹 코팅을 준비하는 일에 종사해 왔습니다. 1980년대 말까지 금속 표면 개질을 달성하기 위한 레이저 적층 제조 기술의 사용이 점차 발전했습니다. 현재, 이 방법은 금속 표면 개질에서 가장 가치 있고 유망한 기술 중 하나가 되었으며 많은 분야에서 널리 사용되었습니다.
금속 재료와 세라믹 재료의 녹는점이 다르기 때문에 금속 용융 풀에서 강한 대류가 발생하여 금속과 세라믹 사이의 결합이 쉽게 파괴됩니다. In-situ 반응에 의해 생성된 강화상은 기지와의 젖음성이 양호하고, 반응에 의해 방출되는 열은 세라믹과 금속의 젖음성을 증가시키는 데 도움이 되어 In-situ 자체 생성 세라믹 강화상이 보다 견고하게 결합된다. 문제의 해결책인 매트릭스와 함께. 인터페이스 바인딩 문제에 대한 효율적인 접근 방식. 따라서 현장에서 자체 생성된 금속 기지 세라믹 복합재는 국내외 연구자들로부터 폭넓은 관심을 받아 초기 결과를 얻었습니다.
참조 출처:
[1] Cui Xue, et al. 고성능 구배 기능성 재료의 레이저 적층 제조 연구 현황 및 전망. 재료공학. 2020.
[2] Xia Xiaoguang, et al. 기능적 등급 재료의 적층 제조 기술 연구 진행 및 전망. 자료 검토. 2021.
[3] Li Qiqi, et al. 구배 기능성 합금의 적층 제조 기술 연구 진행. 중국 기계 공학 저널. 2021.
(중국 분말 네트워크/Xingyao 편집)
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