Ультразвуковая консолидация
Ультразвуковая консолидация ( UC ) или ультразвуковое аддитивное производство ( UAM ) — это технология низкотемпературного аддитивного производства или 3D-печати металлов. [1]
Этот процесс заключается в очистке металлической фольги ультразвуковыми вибрациями под давлением, то есть классификация листового ламинирования в аддитивном производстве. непрерывной [2] Плавление не является механизмом образования. Вместо этого металлы соединяются в твердом состоянии путем разрушения поверхностных оксидных пленок между металлами, то есть с помощью механизмов ультразвуковой сварки металлов. [3] [4] Контурное фрезерование с ЧПУ используется взаимозаменяемо с аддитивным этапом процесса для введения внутренних элементов и добавления деталей к металлической детали. UAM обладает способностью соединять вместе несколько типов металлов, т. е. соединять разнородные металлы, без или с минимальным образованием интерметаллидов. [5] [6] и позволяет заливать термочувствительные материалы при относительно низкой температуре. [7] [8] - обычно менее 50% температуры плавления металлической матрицы. [9]
История
[ редактировать ]Процесс ультразвуковой консолидации или ультразвукового аддитивного производства был изобретен и запатентован Дон Уайт. [10] В 1999 году Уайт основал Solidica Inc. для продажи коммерческого оборудования UAM — комплекта формовочных машин. Около 2007 года Институт сварки Эдисона (EWI) и Solidica начали сотрудничество по перепроектированию сварочного инструмента, чтобы устранить ограничения по качеству соединения и расширить спектр свариваемых металлов в этом процессе — так называемый UAM очень высокой мощности. [11] В 2011 году была создана компания Fabrisonic LLC для коммерциализации улучшенного процесса UAM — комплекса машин SonicLayer. [12] Одновременно система SonicLayer 4000 была развернута в Университете штата Огайо . [13] [14] [15]
Процесс
[ редактировать ]Как и в большинстве других процессов аддитивного производства, UC создает объекты непосредственно из CAD-модели требуемого объекта. Затем файл «разрезается» на слои, в результате чего создается файл gcode с ЧПУ, который может использоваться машиной UC для построения требуемого объекта, слой за слоем.
Общий процесс изготовления таков:
- Опорная пластина устанавливается на опору машины и фиксируется на месте.
- Затем металлическая фольга протягивается под сонотродом , который оказывает давление за счет нормальной силы и ультразвуковых колебаний, и прикрепляется к пластине.
- Затем этот процесс повторяется до тех пор, пока необходимая область не будет покрыта консолидированным ультразвуком материалом.
- Затем используется фрезерный станок с ЧПУ для обрезки лишней фольги с детали и достижения необходимой геометрии.
- Цикл отсадки и обрезки повторяется до тех пор, пока не будет достигнута заданная высота (обычно 3–6 мм).
- На этой высоте используется чистовая фреза меньшего размера для создания требуемого допуска и качества поверхности детали.
- Цикл откладки, обрезки и отделки продолжается до тех пор, пока не будет изготовлен готовый объект; в этот момент его снимают с наковальни, а готовое изделие удаляют с опорной плиты.
Механизм образования металлургической связи между фольгами можно объяснить микроскопической деформацией микронеровностей на верхней части фольги. [16] Поверхность сонотрода обычно текстурирована, чтобы облегчить захват верхней фольги, подвергающейся вибрациям. Образующийся шероховатый отпечаток на верхней поверхности фольги влияет на приклеивание последующего слоя. Площадь контакта между верхней и нижней фольгой расширяется, когда микронеровности сдавливаются ультразвуковыми колебаниями.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Передовые материалы и процессы, Ультразвуковая консолидация алюминиевых инструментов , DR White, Vol. 161, 2003, стр. 64–65.
- ^ Комитет ASTM F42 по технологиям аддитивного производства, «Стандартная терминология для технологий аддитивного производства», 2012.
- ^ Справочник AWS по сварке, глава, посвященная ультразвуковой сварке металлов , К. Ф. Графф; Дж. Ф. Дивайн; Дж. Келтос; Нью-Йорк Чжоу; В.Л. Рот, 2000.
- ^ ХТ Фуджи; Х. Эндо; Ю.С. Сато; Х. Кокава (2018). «Эволюция межфазной микроструктуры и формирование сварного шва при ультразвуковой сварке сплава Al с медью». Характеристика материалов . 139 : 233–240. дои : 10.1016/j.matchar.2018.03.010 .
- ^ Журнал быстрого прототипирования, Использование ультразвуковой консолидации для изготовления структур из нескольких материалов , Г. Д. Джанаки Рам; К. Робинсон; Ю. Ян; Б.Е. Стакер, Vol. 2007, № 13, 2007, стр. 226–235.
- ^ Кандидатская диссертация Университета Делавэра, ИЗУЧЕНИЕ ДИФФУЗИИ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ КОНСОЛИДИРОВАННЫХ ПЛЕНОК АЛЮМИНИЯ И МЕДИ С ПОМОЩЬЮ СКАНИРУЮЩЕЙ И ПРОПУСКНОЙ ЭЛЕКТРОННОЙ МИКРОСКОПИИ , Дженнифер Мюллер Сиетинс, 2014 г.
- ^ Композитные конструкции, ультразвуковая консолидация для внедрения волокон SMA в алюминиевые матрицы , CY Kong; ЖК «Взлет»; ПМ Диккенс, Vol. 66, № 1–4, 2004 г., стр. 421–427.
- ^ Журнал инженерных материалов и технологий, Характеристика процесса внедрения волокон SiC в матрицу Al 6061 O посредством ультразвуковой консолидации , Д. Ли; RC Soar, Vol. 131, № 2, 2009 г., стр. от 021016-1 до 021016-6.
- ^ Журнал технологий обработки материалов, Термические переходные процессы во время обработки материалов с помощью ультразвукового аддитивного производства очень высокой мощности , М. Р. Шрираман; Мэтт Гонсер; Хиромичи Т. Фуджи; СС Бабу; Мэтт Блосс, Том. 211, 2011, стр. 1650–1657.
- ^ «Ультразвуковая консолидация объектов» .
- ^ Конференция SFF, УЛЬТРАЗВУКОВОЕ АДДИТИВНОЕ ПРОИЗВОДСТВО ОЧЕНЬ ВЫСОКОЙ МОЩНОСТИ (VHP UAM) ДЛЯ ПЕРЕДОВЫХ МАТЕРИАЛОВ , К.Ф. Графф; М. Шорт; М. Норфолк, 2010.
- ^ 3D-печать Фабрисоник
- ^ «Ультразвуковое аддитивное производство» . Центр ультразвукового аддитивного производства . Проверено 9 июля 2021 г.
- ^ «Издания УАМ» . Центр ультразвукового аддитивного производства . Проверено 9 июля 2021 г.
- ^ Уолкотт, Пол Дж.; Дапино, Марсело Дж. (19 мая 2017 г.), «Ультразвуковое аддитивное производство» (PDF) , Справочник по аддитивному производству , CRC Press, стр. 275–298, ISBN 978-1-315-11910-6 , получено 9 июля 2021 г.
- ^ Хиромичи Т. Фудзи; Саки Симидзу; Ютака С. Сато; Хироюки Кокава (2017). «Высокоскоростная деформация в ультразвуковом аддитивном производстве». сценария Материал 135 : 125–129. дои : 10.1016/j.scriptamat.2016.12.030 .