جامعة جونز هوبكنز الأمريكية تطور إطارًا حراريًا مستقرًا للبثق المعدني للألمنيوم

أخبار ar.wedoany.com، طور باحثون في جامعة جونز هوبكنز الأمريكية إطارًا عمليًا قائمًا على المعلومات الحرارية والمحاكاة التوجيهية، يُستخدم في تصنيع الإضافات بالبثق المعدني لهياكل سبائك الألمنيوم رقيقة الجدران، وقد حل هذا الإطار مشكلتين رئيسيتين من أنماط الفشل الحراري التي كانت تحد من موثوقية هذه التقنية في المعادن عالية الانصهار.

تشير الدراسة إلى أن ضبط درجة حرارة التشغيل بالقرب من نقطة انصهار المادة الخام يتمتع بمزايا من حيث الكفاءة والتكلفة مقارنة بتقنيات الصهر بالمسحوق والترسيب بالطاقة الموجهة. ومع ذلك، فإن اللزوجة المنخفضة والتوصيل الحراري العالي والتوتر السطحي المرتفع لسبائك الألمنيوم النشطة وعالية الانصهار في عملية التصنيع الإضافي بالبثق المعدني (MEAM) تجعل نافذة العملية ضيقة.

صرح الأستاذ المساعد في جامعة جونز هوبكنز، يوشن مولر (Jochen Mueller)، بأن فريق البحث قدم هذا الإطار للتصنيع الإضافي بالبثق المعدني، والذي يمكنه من خلال التحكم الدقيق في العديد من معايير العملية، القضاء على مشكلات انسداد الفوهة وانهيار الأجزاء، مما يحقق طباعة مستقرة وعالية الدقة للألمنيوم رقيق الجدران.

حدد الباحثون كلًا من نقص الحرارة وزيادة الحرارة كنمطين رئيسيين للفشل الحراري في المعادن عالية الانصهار ضمن تقنية MEAM. يحدث نقص الحرارة بسبب فقدان الحرارة عبر الطبقات المترسبة مع زيادة ارتفاع البناء، مما يؤدي إلى التصلب المبكر وانسداد طرف الفوهة. بينما تحدث زيادة الحرارة عندما تتجاوز سرعة البثق قدرة الطبقات المترسبة على التبريد، مما يسبب إعادة الانصهار وانهيار الهيكل.

لمواجهة هذين النمطين من الفشل، قام الفريق بتعديل درجة حرارة منصة الطباعة طبقة تلو الأخرى مع الحفاظ على ثبات درجة حرارة الفوهة وسرعة الطباعة، واعتمد معايير زمنية لتحديد أقصر وقت تبريد مطلوب لكل طبقة للوصول إلى خط الصلب قبل متابعة الترسيب. باستخدام مادة خام من سلك سبائك الألمنيوم ER4043 (تحتوي على حوالي 5% سيليكون و95% ألمنيوم بالوزن)، أنتج الإطار هياكل رقيقة الجدران ذات خشونة سطحية متسقة وأشكال هندسية قابلة للتكرار على كامل ارتفاع البناء. قام الباحثون بتقييم الأجزاء الناتجة من خلال توصيف البنية المجهرية والاختبارات الميكانيكية، وأظهروا هذه الطريقة في هياكل ذات مقاييس متعددة وأشكال هندسية معقدة مختلفة.