PFI-RP: Novel 3D Nanomaterial Printer for Additive Manufacturing of Multiscale Materials

PFI-RP:用于多尺度材料增材制造的新型 3D 纳米材料打印机

基本信息

  • 批准号:
    1941262
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 55万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2020
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2020-06-01 至 2024-12-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

The broader impact/commercial potential of Partnerships for Innovation – Research Partnerships (PFI-RP) project is to develop new stainless steel (SS) alloys. These materials are important for structural components that need to operate under extreme conditions such as high temperature and/or radiation damage, but some of these alloys suffer from high processing cost and difficulties in welding. This project addresses these challenges with a unique hybrid platform to selectively produce special SS alloys during the additive manufacturing of stainless steel, expected to be 22% of the metal additive manufacturing market by 2023. Finally, we will inspire and educate the next generation of scientists and innovators by training the graduate students participating in the project.The proposed project is highly innovative and aims to integrate a microreactor-assisted nanomaterial 3D printhead (MAN3D) into a laser directed energy deposition (DED) printer. The former will deploy targeted volumes of nanomaterials at the point-of-build, with lower energy requirements, thus eliminating the need to store and transport potentially hazardous materials. The proposed novel process is distinctive and will advance the state of the art and current knowledge because it does not require an aerosol, it generates reactive chemical fluxes in-situ via an activation processing step, and it is solvent-free. This project addresses knowledge gaps such as the design optimization of a MAN3D printhead for integration with a laser DED printer, the controlling of reaction parameters to generate controlled reactive fluxes, strategies to prevent channel fouling, process optimization for nanostructure printing, and the controlled fabrication of oxide-dispersion-strengthened (ODS) alloys with targeted properties.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
创新-研究伙伴关系(PFI-RP)项目更广泛的影响/商业潜力是开发新的不锈钢(SS)合金。这些材料对于需要在高温和/或辐射损伤等极端条件下运行的结构部件非常重要,但其中一些合金存在加工成本高和焊接困难的问题。该项目通过一个独特的混合平台来解决这些挑战,在不锈钢添加剂制造过程中选择性地生产特殊的不锈钢合金,预计到2023年将占金属添加剂制造市场的22%。最后,我们将通过培训参与该项目的研究生来激励和教育下一代科学家和创新者。拟议的项目具有很高的创新性,旨在将微反应堆辅助纳米材料3D打印头(MAN3D)集成到激光定向能量沉积(DED)打印机中。前者将在建造点部署有针对性的纳米材料,能源需求较低,从而消除了储存和运输潜在危险材料的需要。拟议的新工艺是独特的,将推进最先进的技术和当前的知识,因为它不需要气雾剂,它通过活化处理步骤在现场产生活性化学通量,并且它是无溶剂的。该项目致力于解决知识空白,例如与激光DED打印机集成的MAN3D打印头的设计优化、控制反应参数以生成受控反应助熔剂、防止通道污染的策略、纳米结构打印的工艺优化以及具有目标性能的氧化物弥散强化(Ods)合金的受控制造。该奖项反映了NSF的法定使命,并通过使用基金会的智力优势和更广泛的影响审查标准进行评估,被认为值得支持。

项目成果

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