Process maps and models for binder jetting additive manufacturing of low cost alloys

低成本合金的粘合剂喷射增材制造的流程图和模型

基本信息

  • 批准号:
    536509-2018
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 4.03万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    加拿大
  • 项目类别:
    Collaborative Research and Development Grants
  • 财政年份:
    2020
  • 资助国家:
    加拿大
  • 起止时间:
    2020-01-01 至 2021-12-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Metal additive manufacturing (AM) has recently seen a significant growth in both use and capabilities, with an increased adoption in industrial and consumer markets. The prohibitive challenges in this space remain cost of technology adoption, as well as the reliable production of high quality defect-free parts. To tackle these challenges, the project focus will be on (1) lowering the cost barriers by deploying powder bed binder jetting (PBBJ) using low cost water atomized alloy steels AISI 4340 (0.4C-0.7Mn-0.25Si-1.8Ni-0.8Cr-0.25Mo) and FL4401 (0.15Mn-0.85Mo) +0.6C and (2) enabling robust and fast process parameter selection via modeling approaches and robust validation for desired product quality outcomes. The overall objective of the project is to demonstrate that metal AM via PBBJ can be deployed as a low-cost and reliable alternative to metal part production with a direct application to the spare parts market and automotive industry. This study will be conducted in close collaboration with Rio Tinto, QC, Canada, a leading metals and mining company involved in the manufacture of metal powders. The methodology to achieve the proposed objective will be to deploy three work packages. Firstly, a PBBJ process window will be developed through a design of experiments (DoE) procedure. The process variables of interest will be studied, and custom designed artifacts will be manufactured to test green part performance. The process window will also be predicted using newly-proposed green part density models. The second package will focus on post-process parameter window development, whereby several post-process variables such as de-binding and sintering will be studied for the materials of interest. Part quality will be analyzed via computed tomography scans, surface profilometry and mechanical testing. A final part density predictive model (sinter curve) will be developed through dilatometry analysis that will map process variables to final part density. The third and final work package will focus on functional product design and manufacturing. Standard artifacts will be developed to quantify design features specific to PBBJ. A series of automotive and industrial product designs will be fabricated and tested.
金属增材制造(AM)最近在用途和能力方面都有了显著的增长,在工业和消费市场的采用也越来越多。在这个领域,令人望而却步的挑战仍然是技术采用的成本,以及高质量无缺陷零件的可靠生产。为了应对这些挑战,项目的重点将放在(1)通过采用低成本的水雾化合金钢AISI 4340 (0.4C-0.7Mn-0.25Si-1.8Ni-0.8Cr-0.25Mo)和FL4401 (0.15Mn-0.85Mo) +0.6C,采用粉末床粘结剂喷射(PBBJ)来降低成本障碍;(2)通过建模方法和对所需产品质量结果的可靠验证,实现可靠、快速的工艺参数选择。该项目的总体目标是证明通过PBBJ的金属增材制造可以作为金属零件生产的低成本和可靠的替代方案,直接应用于备件市场和汽车行业。这项研究将与里约热内卢Tinto, QC, Canada密切合作进行,里约热内卢Tinto是一家从事金属粉末制造的领先金属和采矿公司。实现拟议目标的方法将是部署三个工作包。首先,通过实验设计(DoE)程序开发PBBJ工艺窗口。感兴趣的过程变量将被研究,定制设计的工件将被制造来测试绿色部件的性能。过程窗口也将使用新提出的绿色零件密度模型进行预测。第二个包将侧重于后处理参数窗口的发展,其中几个后处理变量,如解绑定和烧结将研究感兴趣的材料。零件质量将通过计算机断层扫描、表面轮廓测量和机械测试进行分析。最终零件密度预测模型(烧结曲线)将通过膨胀分析开发,将过程变量映射到最终零件密度。第三个也是最后一个工作包将侧重于功能性产品的设计和制造。将开发标准工件来量化特定于PBBJ的设计特征。一系列汽车和工业产品的设计将被制造和测试。

项目成果

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Vlasea, Mihaela其他文献

Melting modes in laser powder bed fusion
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  • 作者:
    Shanbhag, Gitanjali;Vlasea, Mihaela
  • 通讯作者:
    Vlasea, Mihaela
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  • DOI:
    10.1016/j.addma.2018.10.015
  • 发表时间:
    2018-12-01
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
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    536509-2018
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    536509-2018
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  • 资助金额:
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    Collaborative Research and Development Grants
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  • 财政年份:
    2019
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Innovation in Additive Manufacturing Intelligent Adaptive Processes
增材制造智能自适应流程的创新
  • 批准号:
    RGPIN-2017-04490
  • 财政年份:
    2019
  • 资助金额:
    $ 4.03万
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    Discovery Grants Program - Individual
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增材制造智能自适应流程的创新
  • 批准号:
    RGPIN-2017-04490
  • 财政年份:
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    Discovery Grants Program - Individual
Innovation in Additive Manufacturing Intelligent Adaptive Processes
增材制造智能自适应流程的创新
  • 批准号:
    RGPIN-2017-04490
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    536509-2018
  • 财政年份:
    2019
  • 资助金额:
    $ 4.03万
  • 项目类别:
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