Smart Fusion Material Research Cluster (SFMRC)

CLUSTER DI RICERCA SUI MATERIALI SMART FUSION CREATO PER PROMUOVERE PRATICHE SOSTENIBILI NELLA STAMPA 3D IN METALLO

I team interdisciplinari provenienti da Wichita State , University of Kansas e Kansas State University , stanno unendo le forze per formare un incubatore imprenditoriale che mira a esplorare la progettazione di materiali sostenibili e processi di produzione per la stampa 3D in metallo attraverso l’applicazione di un algoritmo di analisi dei dati emergente.

Denominato Smart Fusion Material Research Cluster (SFMRC), la missione del team è stimolare la ricerca, l’istruzione e la pratica nell’ambito della produzione sostenibile attraverso il progresso della scienza, della tecnologia e degli elementi politici della progettazione dei materiali computazionali e della stampa 3D. Per raggiungere questo obiettivo, implementeranno nuove analisi dei dati, approcci computazionali e strumenti diagnostici in quello che il team definisce un approccio socio-tecno-economico: comprendere la progettazione e la produzione dei materiali come un sistema ecologico in cui si intersecano individui, tecnologia, infrastrutture e ambienti sociali. insieme.

“La progettazione e la produzione di materiali sostenibili sono grandi sfide per la società, poiché sono essenziali per il progresso tecnologico e la crescita economica in industrie multimiliardarie, settori economici e sicurezza nazionale”, ha affermato il dottor Gisuk Hwang, ricercatore principale del progetto e professore associato di ingegneria meccanica presso lo stato di Wichita.

“La missione del cluster di ricerca proposto è indagare le interazioni accoppiate tra scienza, tecnologia, politica socio-tecno-economica, pubblica e ambientale nella scoperta di materiali attraverso collaborazioni con membri intra-KBOR e campus dell’innovazione, e formare studenti e professionisti del settore per responsabilizzare la futura forza lavoro. “

Secondo Hwang, le attuali sfide alla produzione additiva in metallo includono una mancanza di comprensione della relazione tra proprietà del materiale, parametri del processo di stampa 3D, microstrutture delle parti stampate in 3D – dimensione e struttura dei pori e trasformazione di fase – e proprietà meccaniche, come la resistenza. , stanchezza e stress termico. Per semplicità, l’Hwang si riferisce a quest’area della ricerca del cluster come relazioni materiale-processo-microstruttura-meccanica e promuovere la conoscenza fondamentale di queste interconnessioni è uno dei principali obiettivi a breve termine del progetto.

Per fare ciò, il team svilupperà nuovi algoritmi di analisi dei dati in grado di comprendere la relazione tra dati numerici, di testo e di immagine raccolti da materiali di produzione additiva in metallo e combinerà questi dati con strumenti di simulazione diagnostica e computazionale per vedere dove potrebbero essere i progressi dell’ottimizzazione dei materiali fatto. I ricercatori studieranno quindi i fattori socio-tecnico-economici per facilitare la commercializzazione dei materiali sviluppati.

L’SFMRC esplorerà sia i metalli che sono già ampiamente utilizzati nella stampa 3D in metallo, sia i metalli che rappresentano una sfida maggiore da ottimizzare per varie applicazioni di produzione additiva, come alluminio, leghe a base di nichel, titanio, rame e magnesio.

“Attualmente, stiamo cercando di comprendere le relazioni materiale-processo-microstruttura-meccanica in esperimenti basati su tentativi ed errori, che è un processo molto costoso”, ha spiegato Hwang. “Abbiamo in programma di fornire buoni strumenti predittivi utilizzando l’approccio analitico dei dati per ridurre i costi e stimolare la commercializzazione [dei materiali].

“INOLTRE, VORREMMO CAPIRE I COLLI DI BOTTIGLIA DI QUESTA TECNOLOGIA SULLA COMMERCIALIZZAZIONE ALL’INTERNO DELLE SCIENZE SOCIALI E DAL LATO POLITICO”.

Entro la fine del progetto, SFMRC spera di aver sviluppato un sistema di database che descriva in dettaglio le relazioni materiale-processo-microstruttura-meccanica per una varietà di materiali impiegati nella stampa 3D in metallo. Gli utenti potranno acquistare i parametri di stampa presenti nel database da utilizzare per i propri progetti.

Il team spera inoltre di sviluppare un dispositivo di rilevamento quantistico in grado di monitorare le temperature locali in tempo reale all’interno del letto di polvere durante il processo di stampa 3D. Secondo Hwang, il dispositivo utilizzerà la fisica quantistica per misurare la temperatura locale dei letti di polvere in modo non distruttivo. Il piano è quindi quello di commercializzare il sensore quantistico per fornire agli utenti una tecnologia diagnostica non distruttiva.

Il progetto ha anche un elemento educativo e cercherà di facilitare le migliori pratiche, l’apprendimento basato sulle prove e le strategie di insegnamento all’interno delle università coinvolte nel progetto. I ricercatori SFMRC lavoreranno anche con insegnanti e studenti delle scuole elementari, medie e superiori per rendere la stampa 3D in metallo più facilmente riconoscibile e accessibile.

Hwang ha dichiarato: “La componente di ricerca è implementata sinergicamente nella componente di istruzione in modo che qualunque cosa trovino dalla ricerca, possiamo semplicemente spingere per una mentalità imprenditoriale per elaborare idee innovative per il business e quindi le attività economiche”.

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