ساخت و مشخصه‌يابي ساختار‌هاي مشبك فلزي به روش توليد افزودني غير‌مستقيم

Fabrication and characterization of metallic cellular lattice structures using indirect additive manufacturing

علي‌رغم خواص منحصر به فرد‌ مواد سلولي، وجود حفره‌ها‌ي نامنظم، كنترل خواص ا‌ين مواد را دشوار و كاربرد آن‌ها را محدود ساخته‌است. هرچند كه استفاده از مواد مشبك، ا‌ين محدود‌يت را برطرف ساخته، ولي به دليل هندسه پيچيده، توليد نمونه‌هاي فلزي از ا‌ين مواد با روش‌ها‌ي سنتي امكان‌پذ‌ير نبوده و استفاده از روش‌ها‌ي توليد افزودني مستقيم نيز بسيار هز‌ينه‌بر است. در اين پژوهش به منظور توليد و مشخصه‌يابي ساختارها‌ي مشبك فلز‌ي ارزان از فرآ‌يند توليد افزودني غير‌مستقيم، متشكل از دو روش توليد افزودني رسوب مذاب و ر‌يخته‌گر‌ي ثقلي، استفاده شده و تاثير پارامترها‌ي مختلف بر كيفيت نمونه نهايي، از طريق آزمايشات تجربي و شبيه‌سازي عددي، بررسي مي‌گردد. نتايج حاصل از شبيه‌سازي مبين آن است كه با كاهش زمان بارريزي و افزايش دماي مذاب، دماي قالب، ارتفاع سيستم راهگاه و قطر پيوند‌ها، درصد پر شدن قالب افزايش مي‌‌يابد. در نمونه‌هاي ساخته شده، با كاهش قطر پيوند اختلاف بين قطر در الگوهاي فداشونده و قطر طراحي، به خصوص براي پيوندهاي افقي، به شدت افزايش مي‌يابد. در خصوص نمونه‌هاي فلزي، اختلاف قطر پيوند با قطر طراحي بيشتر ناشي از فرآيند توليد افزودني بكار رفته بوده و خطاي ايجاد شده بواسطه فرآيند ريخته‌گري تنها 2/2 درصد مي‌باشد. همچنين با استفاده از اين فرآيند توليد ساختار‌هاي مشبك فلزي با قطر كمتر از 3 ميلي‌متر ممكن نيست. تصاوير ميكروسكوپي تهيه شده حاكي از آنست كه عيوب ايجاد شده در نمونه‌ها عمدتا از نوع عيب نيامد بوده كه براي ساختارهاي BCC و BCCZ در صفحه فوقاني و براي ساختار SC در پيوندهاي افقي اتفاق مي‌افتد. كليدواژه‌ها

Despite of outstanding properties of cellular materials, their properties cannot be well controlled, and their applications are limited due to irregular pores. Although the use of cellular lattice structures repels this difficulty, complex geometry of these materials makes it impossible to produce metallic ones using conventional manufacturing methods. In addition, additively manufactured metallic samples are expensive. In this study, in order to fabricate and characterize inexpensive metallic cellular lattices, an indirect additive manufacturing process, including fused deposition modeling and gravity casting, is utilized and the effects of different parameters on the quality of the final part are assessed through experimental and numerical methods. Simulations’ results show that decreasing the melt load time, and increasing molten Al temperature, mold temperature, mesh height, and struts’ diameter increase the mold filling percentage. For the fabricated samples, the difference between the struts’ diameter of the sacrificial patterns and designed ones increases by decreasing the struts’ diameter, especially for horizontal struts. For metallic samples, the struts’ diameter’s difference is mainly related to the sacrificial patterns so that the error arisen from casting process is just about 2.2 percent. Also, using the utilized method, cellular lattices with struts’ diameter smaller than 3 mm cannot be fabricated. Microscopic images demonstrate that the samples’ defects are mainly of misrun type which are located on the top plate of BCC and BCCZ samples and on the horizontal struts of SC ones.