ความร่วมมือด้านการวิจัยและอุตสาหกรรมช่วยหล่อหลอมโลหะวิทยาในศตวรรษที่ 21

ความร่วมมือด้านการวิจัยและอุตสาหกรรมช่วยหล่อหลอมโลหะวิทยาในศตวรรษที่ 21

เมื่ออายุ 12 ปี Gideon Crawford กำลังทำมีดอยู่ในห้องใต้ดินของครอบครัว และตอนนี้ในฐานะเจ้าหน้าที่อาวุโสของ Virginia Tech ใน Department  of Materials Science and Engineeringเขากำลังช่วยสร้างอนาคตของโลหะวิทยา Crawford เป็นส่วนหนึ่งของ Yu Research Group นำโดยผู้ช่วยศาสตราจารย์ Hang Yu ซึ่งเป็นหุ้นส่วนห้องปฏิบัติการกับMELD Manufacturing Corp ของ Christiansburg ซึ่งเป็นผู้นำด้านโลหะการพิมพ์ 3 มิติสำหรับอุตสาหกรรมและการป้องกันประเทศ

เทคโนโลยีที่เรียกว่าสารเติมแต่งแรงเสียดทานกวนทับถม (AFSD)

 ค่อนข้างใหม่ ย้อนกลับไปในช่วงต้นทศวรรษ 2000 และนักศึกษาในห้องทดลองของหยูกำลังช่วยพัฒนากระบวนการที่อุณหภูมิต่ำที่สามารถปรับขนาดได้ ซึ่งจะเป็นประโยชน์ต่ออุตสาหกรรมต่างๆ

จากการทำงานในห้องแล็บ ครอว์ฟอร์ดไม่เพียงแค่เรียนรู้ที่จะเตรียมตัวอย่างสำหรับการวิเคราะห์และเขียนสรุปผลการวิจัยในปีสุดท้ายเท่านั้น เขายังกระตุ้นความหลงใหลและสร้างเรซูเม่อีกด้วย Crawford กล่าวว่า “ระหว่างการทัวร์มหาวิทยาลัย แม่ของฉันและฉันได้พบกับ Michelle Czamanske ซึ่งเป็นที่ปรึกษาด้านวัสดุศาสตร์และวิศวกรรมศาสตร์ และเธอใช้เวลาหนึ่งชั่วโมงเพื่อพูดคุยกับเราเกี่ยวกับโปรแกรมและโอกาสทั้งหมดสำหรับการวิจัยระดับปริญญาตรีที่นี่” Crawford กล่าว “สิ่งนี้ทำให้ฉันเชื่อว่าฉันสามารถเติบโตและเรียนรู้ในช่วงเวลาที่ฉันเป็นนักศึกษาปริญญาตรี”

ประสบการณ์การวิจัยในห้องทดลองของ Yu อาจทำให้เขาเป็นที่ต้องการมากขึ้นจากนายจ้างและหลักสูตรระดับบัณฑิตศึกษา ซึ่งเป็นเป้าหมายหลักของวิทยาลัยวิศวกรรมศาสตร์และมหาวิทยาลัยในวงกว้าง AFSD ถือเป็นก้าวสำคัญในการผลิตสารเติมแต่ง Yu กล่าว กระบวนการสารเติมแต่งที่ใช้การปลอมช่วยให้ได้เปรียบด้านขนาดและรูปร่างบางประการที่พบในการหล่อ ขณะเดียวกันก็เพิ่มความแข็งแรงและลดสิ่งเจือปน และยังเหลืออีกมากให้สำรวจจากมุมมองการวิจัย

Yu ค้นพบกระบวนการ AFSD ของ MELD หลังจากมาถึงมหาวิทยาลัย

เวอร์จิเนียเทคในปี 2559 และปัจจุบัน ห้องปฏิบัติการของเขากำลังทำวิจัยเกี่ยวกับ AFSD ประมาณ 1.9 ล้านเหรียญสหรัฐ ซึ่งได้รับทุนสนับสนุนจากกระทรวงกลาโหมสหรัฐ มูลนิธิวิทยาศาสตร์แห่งชาติ และบริษัทฟอร์ด มอเตอร์ 

นอกจากนี้ เขายังกำลังสรุปผลงานในหนังสือวิชาการหลักเล่มแรกในหัวข้อนี้ ซึ่งมีชื่อว่า “Additive Friction Stir Deposition” ซึ่งมีกำหนดจะเผยแพร่ในวันที่ 1 กรกฎาคม โดย Elsevier ซึ่งเป็นบริษัทในเนเธอร์แลนด์ที่เชี่ยวชาญด้านเนื้อหาทางวิทยาศาสตร์ เทคนิค และการแพทย์ .

“เราคิดว่าสิ่งนี้จะมีผลกระทบอย่างมากในพื้นที่ที่อะลูมิเนียมมีความสำคัญ ฝ่ายป้องกันใช้อะลูมิเนียมที่มีความแข็งแรงสูงจำนวนมาก ซึ่งซ่อมแซมได้ยาก” หยูกล่าว แต่การซ่อมแซม AFSD ในห้องทดลองของเขา “มีสมบัติเชิงกลที่ดี เรายังสำรวจวัสดุอื่นๆ เช่น ทองแดง เหล็ก หรือแม้แต่ไททาเนียม”

การหล่อแบบดั้งเดิมของโลหะเหล่านี้ใช้ความร้อนสูงในการหลอมวัสดุ จากนั้นเทลงในแม่พิมพ์เพื่อทำให้เย็นลง ด้วยวิธีการนี้ สามารถใช้โลหะเพื่อสร้างรูปร่างและขนาดต่างๆ ได้ แต่กระบวนการนี้อาจทำให้เกิดสิ่งเจือปนและทำให้ความแข็งแรงของผลิตภัณฑ์สำเร็จรูปลดลงได้ Yu กล่าว การตีโลหะจะทำให้โลหะร้อนและใช้แรงดันเพื่อทำให้โลหะเสียรูปโดยไม่หลอมละลาย แม้ว่ากระบวนการนี้จะสร้างผลิตภัณฑ์ที่แข็งแกร่งขึ้นโดยมีสิ่งเจือปนน้อยลง แต่รูปร่างและขนาดของผลิตภัณฑ์ปลอมแปลงก็มีจำกัด

แต่เครื่องพิมพ์ที่ออกแบบมาเป็นพิเศษของ MELD จะหมุนวัตถุดิบโลหะด้วยความเร็วสูงกับวัสดุพิมพ์เพื่อให้ความร้อน เครื่องยังออกแรงกดลงและเคลื่อนไปในทิศทางต่างๆ ขึ้นอยู่กับการออกแบบที่กำลังพิมพ์ ภายใต้เงื่อนไขเหล่านี้ โลหะจะไหลโดยไม่หลอมละลายและสามารถสะสมเป็นชั้นที่ยึดติดแน่นเพื่อสร้างส่วนประกอบที่ไร้รอยต่อในรูปทรงและขนาดต่างๆ

ในโรงงานของ MELD ใน Falling Branch Corporate Park ของ Montgomery County กระบอกอะลูมิเนียมไร้รอยต่อขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 10 ฟุตแขวนอยู่บนผนังและบอกใบ้ ผู้ก่อตั้งและซีอีโอ Nanci Hardwick กล่าวถึงศักยภาพที่ยังไม่ได้ใช้ประโยชน์สำหรับเทคโนโลยีของบริษัทของเธอ

“ถ้าคุณทำสิ่งนี้กับโลหะที่มีเทคโนโลยีอื่น มันจะไม่แบน และสิ่งนี้ก็ออกมาจากโต๊ะเครื่องพิมพ์แบบนี้” ฮาร์ดวิคกล่าว “ดังนั้นการทำของให้ใหญ่ขนาดนี้ด้วยโลหะจำนวนมากและยังคงแบนราบ — ไม่บิดเบี้ยวจากความเครียดที่หลงเหลือจากความร้อนที่มากเกินไป — จึงมีความสำคัญอย่างยิ่ง”

จำนวนแอปพลิเคชันที่มีศักยภาพก็น่าตื่นเต้นเช่นกัน

“มันอาจเป็นถังเชื้อเพลิงหรือยานอวกาศก็ได้ มันอาจจะเป็นตัวโครงสร้างของยานใต้น้ำเหมือนเรือดำน้ำ” ฮาร์ดวิคกล่าว “มีชิ้นส่วนมากมายขนาดนี้ในเรือขนาดใหญ่ เช่น เรือบรรทุกเครื่องบิน ดังนั้นจึงมีกระบอกสูบหลายขนาดที่ใช้ในยานพาหนะและผลิตภัณฑ์ทุกประเภทในอุตสาหกรรมต่างๆ”

โดยปกติจะทำโดยการตีหรือหล่อแบบดั้งเดิม แต่ตอนนี้ลูกค้าของการผลิตประเภทนั้นกำลังประสบปัญหาการรอคำสั่งซื้อที่ยาวนาน 

“ลูกค้าบางรายของเราสนใจความสามารถนี้ในการผลิตชิ้นส่วนขนาดใหญ่จริงๆ เพียงเพราะมันจะช่วยให้พวกเขาเร่งกำหนดการก่อสร้างได้ภายในหนึ่งปีสองปี” Hardwick กล่าว 

ฮาร์ดวิคกล่าวว่า MELD สร้างและขายเครื่องพิมพ์ให้กับสถาบันวิจัยต่างๆ เช่น เวอร์จิเนียเทค หน่วยงานรัฐบาล เช่น กระทรวงกลาโหม และอุตสาหกรรมหนักต่างๆ เป็นหลัก ในความเป็นจริง บริษัทกำลังทำงานร่วมกับกองทัพเพื่อสร้างเครื่องจักรที่ใหญ่พอที่จะพิมพ์ส่วนประกอบของรถถัง จะสามารถพิมพ์ชิ้นส่วนได้สูงถึง 12 ฟุต ทำให้เป็นหนึ่งในเครื่องพิมพ์โลหะที่ใหญ่ที่สุดที่ใช้งานอยู่ในปัจจุบัน ในการสร้างฐานลูกค้า MELD อาศัยการวิจัยและพัฒนาที่ดีโดยพันธมิตร เช่น ห้องทดลองของ Yu เพื่อพิสูจน์ประโยชน์ของเทคโนโลยี“พวกเขาสำคัญมากสำหรับเราเพราะพวกเขามีความเชี่ยวชาญ พวกเขามีหนึ่งในเครื่องจักรของเรา และมีอุปกรณ์สร้างลักษณะเฉพาะระดับโลก” ฮาร์ดวิคกล่าว “เนื่องจากเป็นกระบวนการใหม่ ลูกค้าของเราจำเป็นต้องทราบข้อมูลจำนวนมากเกี่ยวกับเนื้อหาที่เราพิมพ์ และเวอร์จิเนียเทคกำลังช่วยให้เราได้รับข้อมูลนั้น”Jake Yoder ผู้สมัครระดับปริญญาเอกเป็นส่วนสำคัญของความสัมพันธ์ในช่วงสี่ปีที่ผ่านมา นอกจากงานของเขาในห้องทดลองของ Yu แล้ว Yoder ยังทำงานพาร์ทไทม์ที่ MELD เพื่อสำรวจว่า AFSD อาจใช้กับวัสดุที่มีมูลค่าสูงเช่นไทเทเนียมได้อย่างไร

“โดยส่วนตัวแล้วผมเคยเห็นอะลูมิเนียมวิ่งด้วยความเร็ว 50 ปอนด์ต่อชั่วโมง ซึ่งเร็วมาก” เขากล่าว “พวกเขายังไม่ถึงขีดจำกัดทางเทคนิคใดๆ สำหรับหมายเลขนั้น ฉันตื่นเต้นมากที่จะได้เห็นว่าคุณจะผลักดันมันต่อไปได้แค่ไหน”

credit : coachwebsitelogin.com assistancedogsamerica.com blogsbymandy.com blogsdeescalada.com montblanc–pens.com getthehellawayfromsalliemae.com phtwitter.com shoporsellgold.com unastanzatuttaperte.com servingversusselling.com