由 EPSRC MAPP（未來制造中心）研究助理 Simon Graham 博士領導的項目；并得到謝菲爾德大學 Royce 研究領域負責人 Martin Jackson 教授的支持；科研人員將現場輔助燒結技術 [FAST] 與熱軋相結合，通過兩個固態步驟將多余的霧化鋁合金粉末從霧化轉化為板材，并將用于航空航天應用。
該研究是與行業合作伙伴 ECKART GmbH 合作進行的，ECKART GmbH 提供了用于該項目的 A20X 合金粉末。
技術背景
金屬增材制造 [AM] 技術通常使用粒度范圍比較窄的粉末進行加工。在霧化過程中熔化的金屬合金首先經過精煉和脫氣，然后倒入氣體噴嘴，液體材料通過高壓氣流分解成金屬粉末，通過這些過程會產生大量粒徑范圍分布較寬的粉末，但實際上真正符合增材制造使用要求的只是中間的一部分。除了已發現的許多燒結方法之外，這會導致尺寸超出規格的金屬粉末沒有明確的應用案例，更多只是當做庫存副產品。
與傳統冶金技術相比，增材制造技術通常被宣傳為減少了材料浪費，傳統冶金技術會產生大量的加工廢料，但事實上霧化制粉的粒徑范圍往往也是容易被忽視的浪費問題。商業經濟學要求使用替代工藝將這些多余的粉末轉化為有用的產品，以確保增材制造市場具有成本效益并滿足可持續發展目標。這一關鍵因素為本研究奠定了基礎。
現場輔助燒結技術 [FAST] 可以提供一種替代的固態加工途徑，將這些多余的粉末整合到坯料中以進行后續加工。這使得從這種原料生產有用的產品成為可能，同時也提高了增材制造供應鏈的可持續性。
該項目具體是將 FAST 與熱軋相結合，通過兩個固態步驟將多余的鋁合金粉末從霧化轉化為板材。FAST 可以有效地將粉末固結成完全致密的坯料，然后將其熱軋成片材。
通過拉伸測試，結果表明該工藝的性能輸出與航空航天應用中使用的傳統材料相當。
基礎研究
以金屬粉末的 FAST 為重點的現有研究有助于該項目的開發。這激發了*后一年的學生項目 [由 Graham 博士設計]，該項目由航空航天工程專業的學生 Alicia Patel 領導，她在定義該項目之前協助了研究方向早期發展的實際工作。在完成這項早期研究后，該項目以更精簡的方向為基礎，由 Simon Graham 博士領導。
在謝菲爾德開展的工作也為這些工作提供了信息，這些工作涉及加工用于激光粉末床熔合的超大尺寸的鈦粉末，其中交叉方法被確定為相關的。在回顧現有文獻時，僅發表了一篇專門研究熱軋、FAST 生產的純鋁的論文。先前發表的關于 A20X 合金的研究只考慮了增材制造或鑄造材料。
研究進展
事實證明，FAST 可以將大粒徑范圍的鋁合金粉末（包括 A20X）快速固結成完全致密的材料。由此產生的 80 毫米直徑 A20X FAST 也成功地從*初的 15 毫米厚度熱軋到 2 毫米薄板，盡管需要一些后期優化以防止薄板內的邊緣缺陷。
一些具有相同起始尺寸的傳統鑄造 A20X 材料也在相同條件下進行了熱軋。拉伸測試表明，在熱處理前后，FAST 材料表現出與鑄件相似的特性，并且與航空航天應用中使用的其他鋁板相當。
這些發現由 Simon Graham 博士在 WorldPM 2022 會議 [由歐洲粉末冶金協會贊助] 上發表，主題為：“通過結合場輔助燒結技術和熱軋對剩余鋁合金粉末進行固態加工”。
結果顯示將剩余的鋁合金粉末中制造高性能板材具有可行性，但仍需進一步優化和深入研究
First Frost
影響
該項目的結果表明，將多余的合金粉末轉化為具有良好機械性能的板材是具有可行性的。盡管現階段無法量化長期的、積極的影響，但有明顯的經濟影響。這些經濟效益與霧化器的新收入來源以及增材制造粉末的潛在成本降低有關。
接下來的步驟涉及完成進一步的軋制試驗，以優化加工并生產更高質量的板材產品。這些表也可以在開始階段進行擴展，以生產更大的表作為輸出，這進一步證明了擴大規模的機會。片材的超塑性成形也可以考慮生產近凈形狀的部件。
