stringtranslate.com

Ультразвуковая консолидация

Ультразвуковая консолидация ( UC ) или ультразвуковое аддитивное производство ( UAM ) — это низкотемпературная технология аддитивного производства или 3D-печати для металлов. [1]

Примеры деталей UAM: микротеплообменник и деталь из разнородного металла с алюминием и медью.

Процесс работает путем очистки металлической фольги вместе с ультразвуковыми колебаниями под давлением в непрерывном режиме, т. е. классификации листового ламинирования в аддитивном производстве. [2] Плавление не является механизмом формирования. Вместо этого металлы соединяются в твердом состоянии посредством разрушения поверхностных оксидных пленок между металлами, т. е. механизмов ультразвуковой сварки металлов. [3] [4] Контурное фрезерование с ЧПУ используется взаимозаменяемо с аддитивным этапом процесса для введения внутренних особенностей и добавления деталей к металлической детали. UAM имеет возможность соединять несколько типов металлов вместе, т. е. соединение разнородных металлов, без или с минимальным образованием интерметаллических соединений [5] [6] и позволяет внедрять термочувствительные материалы при относительно низкой температуре [7] [8] — обычно менее 50% от температуры плавления металлической матрицы. [9]

Соединение многометаллических деталей в одну деталь. Металлы — медь, латунь, алюминий.
Встраивание термочувствительного оптоволоконного кабеля.

История

Процесс ультразвуковой консолидации или ультразвукового аддитивного производства был изобретен и запатентован Доном Уайтом. [10] В 1999 году Уайт основал Solidica Inc. для продажи коммерческого оборудования UAM — комплекта машин для формования. Около 2007 года Институт сварки Эдисона (EWI) и Solidica начали сотрудничество с целью перепроектирования сварочного инструмента для устранения ограничений качества соединения и расширения свариваемых металлов процесса — так называемого сверхмощного UAM. [11] В 2011 году была создана Fabrisonic LLC для коммерциализации улучшенного процесса UAM — комплекта машин SonicLayer. [ 12] Одновременно в Университете штата Огайо была развернута система SonicLayer 4000. [13] [14] [15]

Процесс

Как и большинство других процессов аддитивного производства, UC создает объекты непосредственно из модели CAD требуемого объекта. Затем файл «нарезается» на слои, что приводит к созданию файла cnc gcode, который может использоваться машиной UC для построения требуемого объекта, слой за слоем.

Схема, показывающая компоненты и процесс ультразвуковой консолидации.
Схема процесса ультразвуковой консолидации (UC) или ультразвукового аддитивного производства (UAM).

Общий процесс производства следующий:

Механизм образования металлургической связи между фольгами можно объяснить микроскопической деформацией микронеровностей на верхней фольге. [16] Поверхность сонотрода обычно текстурирована, чтобы облегчить захват верхней фольги, подвергающейся вибрации. Полученный грубый отпечаток на верхней поверхности фольги влияет на сцепление последующего слоя. Площадь контакта между верхней и нижней фольгами расширяется, когда микронеровности разрушаются ультразвуковыми колебаниями.

Ссылки

  1. ^ Современные материалы и процессы, Ультразвуковая консолидация алюминиевой оснастки , DR White, том 161, 2003, стр. 64–65
  2. ^ Комитет ASTM F42 по технологиям аддитивного производства, «Стандартная терминология для технологий аддитивного производства», 2012.
  3. ^ Справочник по сварке AWS, Глава об ультразвуковой сварке металлов , К. Ф. Графф; Дж. Ф. Девайн; Дж. Келтос; Н. Ю. Чжоу; В. Л. Рот, 2000.
  4. ^ HT Fujii; H. Endo; YS Sato; H. Kokawa (2018). «Эволюция микроструктуры интерфейса и формирование сварного шва во время ультразвуковой сварки сплава Al с Cu». Характеристика материалов . 139 : 233–240. doi :10.1016/j.matchar.2018.03.010.
  5. ^ Журнал быстрого прототипирования, Использование ультразвуковой консолидации для изготовления многоматериальных конструкций , GD Janaki Ram; C. Robinson; Y. Yang; BE Stucker, том 13, № 4, 2007, стр. 226–235
  6. ^ Докторская диссертация в Университете Делавэра, ИССЛЕДОВАНИЕ ДИФФУЗИИ УЛЬТРАЗВУКОВО КОНСОЛИДИРОВАННЫХ АЛЮМИНИЕВЫХ И МЕДНЫХ ПЛЕНОК С ПОМОЩЬЮ СКАНИРУЮЩЕЙ И ПРОСВЕЩАЮЩЕЙ ЭЛЕКТРОННОЙ МИКРОСКОПИИ , Дженнифер Мюллер Сиетинс, 2014
  7. ^ Композитные структуры, ультразвуковая консолидация для внедрения волокон SMA в алюминиевые матрицы , CY Kong; RC Soar; PM Dickens, том 66, № 1–4, 2004, стр. 421–427
  8. ^ Журнал инженерных материалов и технологий, Характеристика процесса внедрения волокон SiC в матрицу Al 6061 O посредством ультразвуковой консолидации , Д. Ли; RC Soar, том 131, № 2, 2009, стр. 021016-1 по 021016-6
  9. ^ Журнал «Технологии обработки материалов», Тепловые переходные процессы во время обработки материалов с помощью сверхмощного ультразвукового аддитивного производства , MR Sriraman; Matt Gonser; Hiromichi T. Fujii; SS Babu; Matt Bloss, том 211, 2011, стр. 1650–1657
  10. ^ «Ультразвуковая консолидация объектов».
  11. ^ Конференция SFF, УЛЬТРАЗВУКОВОЕ АДДИТИВНОЕ ПРОИЗВОДСТВО С ОЧЕНЬ ВЫСОКОЙ МОЩНОСТЬЮ (VHP UAM) ДЛЯ НОВЫХ МАТЕРИАЛОВ , К.Ф. Графф; М. Шорт; М. Норфолк, 2010.
  12. ^ Fabrisonic 3D-печать
  13. ^ "Ультразвуковое аддитивное производство". Центр ультразвукового аддитивного производства . Получено 2021-07-09 .
  14. ^ "UAM publications". Центр ультразвукового аддитивного производства . Получено 2021-07-09 .
  15. ^ Уолкотт, Пол Дж.; Дапино, Марсело Дж. (2017-05-19), «Ультразвуковое аддитивное производство» (PDF) , Справочник по аддитивному производству , CRC Press, стр. 275–298, ISBN 978-1-315-11910-6, получено 2021-07-09
  16. ^ Хиромичи Т. Фуджи; Саки Симидзу; Ютака С. Сато; Хироюки Кокава (2017). «Высокоскоростная деформация в ультразвуковом аддитивном производстве». Скрипта Материалия . 135 : 125–129. doi :10.1016/j.scriptamat.2016.12.030.