多元金属材料激光增材制造技术在金属部件中植(2)

图3a) 到 c)表示的是QR代码样品 A, B, C的示意图;d) 标签环在304不锈钢基材上的示意图,在这里X射线自基材的底部发射.

因此,发展一种高分辨率的多元金属材料的增材制造技术来植入追踪码作为一种新的防伪技术是非常重要的.植入的安全码的特征应该非常容易和非常有效的被工业中常用的无损检测技术所识别,例如,热影像,X光照相和荧光等,同时该防伪代码还能够在苛刻的工作环境中存活.SLM技术的分辨率比较典型的为20–50?μm ,这一精度比DED技术要高得多．这就使得多元金属的SLM制造技术成为在金属部件上植入QR代码的一种非常有效的技术，可以全部，也可以部分采用该技术来制备QR码．来自曼彻斯特大学的研究人员采用一种新颖的超声振动选择性的输送粉末系统集成到粉末床SLM设备中，显示出巨大的潜力来应用到一个部件上实现定制的局部材料的性能（如医疗植入物），打印机械－电子集成的部件（如电极和电池），由不同贵金属所组成的珠宝等．在这里，我们利用这一新颖的技术开发出一种新颖的防伪应用，可以使得安全特征如QR代码依据用户的要求，可以植入到金属部件上．红外热影像，Ｘ射线影像，Ｘ射线荧光等技术均可以用来识别这些标签的目标特征．这些材料界面处的显微组织和成分分析也进行了研究．

图4 316?L-Cu10Sn界面的SEM照片和EDS元素分析结果：ａ）316?L-Cu10Sn样品Ｃ材料界面的SEM照片；ｂ）ａ中的气孔转换后的分布情况；ｃ）316?L-Cu10Sn样品界面的EDS图像；d) － f)316?L-Cu10Sn样品界面处e, Cu, Sn元素的分布．

图５　a) 和 b) 暴露的QR代码随着时间的增加而模拟得到的温度分布以及部分覆盖的QR代码，采用的模拟手段为FEM模拟技术.

图6 QR代码随着冷却时间增加所得到的模拟温度的分布: a) 暴漏的QR代码, b) 部分覆盖的QR代码 .

图7a) 和 c) 样品A和C的金相照片，b) 和 d) 从顶部来看，样品A和C的X射线的数字照片.

曼彻斯特大学为大家展示的这一新技术,植入一种不可移除的防伪安全特征作为标签材料,不同于原始的构建材料,进入到不可接近的位置,通过AM工艺的金属打印技术来实现,该技术基于一个专利权的多元材料SLM系统来实现.三种样品的QR代码包含特定信息进行了成功的制备.令人满意的冶金结合和含有一定的气孔在316?LCu10Sn材料界面处被观察到.红外影像技术表明这一检测技术可以用来识别部件表面上的这一QR代码,识别是基于Cu10Sn 和 316?L材料的成分变化所造成的热辐射的差别,而它有可能被表面织构的差异所形成的噪音而形成干扰,包括部件的表面粗糙度.另外一方面,数字X射线影像技术可以有效的识别嵌入的标签.分子量比较大的标签材料和分子量比较小的标签材料将会在数字X射线影像中形成较大的对比度.XRF技术可以用来探测表面的标签材料或接近表面的标签材料.其探测范围可以达到毫米量级.

数字X射线影像技术被证明是最为有效的无损检测技术来检测植入到金属部件中的安全防伪的尺寸特征,而X射线荧光光谱技术可以用来识别目标材料中的关键元素并同周围的材料中的元素进行区分 .设计X射线进行防伪标签材料特征的检测的标准为:

a)标签材料应该具有同构建材料主要特征的元素的原子质量要有显著的区别,这一点对X射线影像技术的结果有显著的影响.元素的原子质量越大,X射线影像质量的效果越好,其对比度就更加明显.因此,Cu合金,CoCr合金,W等,所有比较适合SLM进行打印的材料均是适合作为标签材料的候选材料,因为这些材料对主流的SLM打印的材料,如钢,Ti,Ni和Al以及其他相关的材料来说,都是如此.材料的兼容性和工作环境需要考虑进来,当设计标签材料的时候.

b)标签材料应该植入到表面覆盖层之下一个相对薄的位置,这是因为对金属部件来说,其材料厚度越大,X射线的分辨率就会逐渐降低,材料就会逐渐变成一个障碍了.覆盖材料的厚度比较理想的是不要超过3mm.

c)标签材料的X射线影像的分辨率可以进一步的通过增加目标材料的厚度和优化X射线影像的参数来提高,包括X射线管的加速电压,管的电流以及暴漏时间等.推荐的标签材料的厚度为0.2–2?mm.

多元材料SLM技术提供了一个新的可能在AM部件中的不可进入的位置植入安全防伪的特征,例如中空涡轮叶片的内部表面,可以在制造的过程中实现.我们可以甚至应用这一技术在传统的制造工艺中增加防伪的特征.它可以整合集成区块链技术来确保产品的专利权得到保证.这一特征同时还可以用来记录部件在整个产品生命周期的信息,包括制造,检查,维修和再回收等.

文章来源：《金属功能材料》 网址: http://www.jsgncl.cn/zonghexinwen/2021/0824/674.html