جدیدانقلاب در تولید قطعات خودرو با پرینت سه‌بعدی
مقدمه
یکی از دغدغه‌های اصلی خودروسازان، کاهش وزن خودروها برای کاهش مصرف انرژی است. ازآنجایی که فولاد به طور گسترده در ساخت خودروها استفاده می‌شود، به‌کارگیری آلیاژهای آلومینیوم با چگالی پایین برای تحقق خودروهای سبک‌تر بسیار حائز اهمیت است. با این حال، برآورده کردن نیازهای متنوع قطعات خودرویی فقط با استفاده از آلیاژهای آلومینیوم امر دشواری است. از این رو در طی سال‌های گذشته، استفاده از قطعات چندمادهای که شامل فولاد و آلیاژهای آلومینیوم می‌شوند، برای کاربردهایی مانند سیستم تعلیق و دیواره‌های سیلندر پتانسیل بالایی پیدا کرده‌اند....
به طور معمول در صنعت خودروسازی از روش‌های جوشکاری، مانند جوشکاری مقاومتی، جوشکاری با پرتو الکترونی و جوشکاری لیزری برای اتصال فلزات استفاده می‌شوند اما در اغلب موارد، نقص‌هایی مانند ترک‌ها در سطح مشترک بین مواد ناهمگون تولید شده توسط روش‌های سنتی جوشکاری رخ می‌دهند. در حین جوشکاری فازهای شکننده به طور اجتناب‌ناپذیری در سطح جوش Fe/Al ایجاد می‌شوند و این فازها باعث ایجاد ترک و کاهش استحکام اتصال می‌گردند. البته یکی از مشکلاتی که وجود دارد این است که ممانعت از تشکیل چنین ترکیبات بین‌فلزی شکننده در طول جوشکاری دشوار است.
به تازگی، پژوهشگران مؤسسه تحقیقات مواد و مرکز توسعه صنایع نوین در دانشگاه توهوکو به دستاورد مهمی در زمینه تکنیک چاپ سه‌بعدی چندمادهای دست پیدا کردند و روشی نوآورانه برای ساخت قطعات خودرویی سبک و درعین حال مستحکم ارائه کرده‌اند.
2
دقیــقه مطالعه
همه چیز درباره پرینت سه بعدی (تکنیک‌ها و تکنولوژی‌ها)
پرینت سه بعدی چیست؟ پیش از این در نوشته‌های دیگر به اهمیت و جایگاه پرینت سه بعدی...
در فرآیند چاپ سه‌بعدی فلزات، اشیا با لایه‌گذاری مرحله‌به‌مرحله فلزات و اتصال آنها از طریق گرما ساخته می‌شوند. این روش، به لطف دقت بالای چاپ سه‌بعدی، امکان تولید قطعاتی با طراحی‌های منحصربه‌فرد و کاملاً سفارشی را فراهم کرده و در عین حال، ضایعات کمتری نسبت به روش‌های سنتی تولید دارد. علاوه بر این، پرینت سه‌بعدی امکان ساخت “ساختارهای چندمادهای” را نیز فراهم می‌کند؛ ساختارهایی که با ترکیب هوشمندانه مواد مختلف، باعث عملکرد بهتر در قطعات می‌گردد.
برای نمونه، قطعات فولادی خودروها را می‌توان با افزودن آلومینیوم می‌توانند سبک‌تر کرد، بدون اینکه از استحکامشان کم شود. به‌دلیل این مزایا، تسلط بر این تکنیک‌های پیشرفته چاپ سه‌بعدی توجه بسیاری از پژوهشگران را به خود جلب کرده است.
به طور یقین این استفاده از این روش بی‌چالش نیست؛ زیرا “مواد چندگانه به‌دلیل انعطاف‌پذیری در فرآیند پرینت 3D باعث ایجاد مشکلات متعددی می‌شوند. به نقل از دکتر کنتا یاماناکا، استادمؤسسه توهوکو برای برخی از ترکیبات فلزی، مانند فولاد و آلومینیوم، ترکیبات بین‌فلزی شکننده‌ای در محل اتصال فلزات ناهمگن شکل می‌گیرند. یعنی ماده سبک‌تر شده، اما در عین حال شکننده‌تر هم می‌شود.
هدف کلی این تحقیق تولید آلیاژ فولاد-آلومینیومی بود که سبک باشد ولی استحکام خود را حفظ کند. به این منظور، تیم تحقیقاتی از تکنولوژی ذوب بستر پودری با لیزر (L-PBF)، یکی از اصلی‌ترین فناوری‌های چاپ سه‌بعدی فلزی که از لیزر برای ذوب انتخابی پودر فلز استفاده می‌کند، بهره بردند. محققان دریافتند که افزایش سرعت اسکن لیزر به‌طور قابل‌توجهی تشکیل ترکیبات بین‌فلزی شکننده (مانند Al5Fe2 و Al13Fe4) را کم می‌کند. افزایش سرعت اسکن منجر به “انجماد غیرتعادلی” می‌شود که پدیده جدایش را به حداقل رسانده و در نتیجه میزان عیوب در ماده کاهش می‌یابد. آنچه در نهایت حاصل شد، ماده‌ای با اتصال‌های بسیار مستحکم بود.
بر این اساس آنها موفق شدند اولین قطعه چندمادهای با ابعاد و شکل متناسب را به‌طور آزمایشی تولید کنند. این گروه تحقیقاتی قصد دارد از این یافته‌ها برای سایر ترکیبات فلزی که دارای مشکلات مشابهی در اتصال هستند، استفاده کند.
منبع:
https://www.sciencedaily.com/releases/2024/12/241217201520.html
دیدگاه کاربران