Jövő a porban

A svéd VBN Components cég adaléktechnológiával állít elő acéltermékeket, porral és adalékanyagokkal, főleg olyan szerszámokkal, mint a fúrók és marók. A 3D nyomtatási technológia kiküszöböli a kovácsolás és megmunkálás szükségességét, csökkenti a nyersanyag-felhasználást, és a végfelhasználók számára szélesebb választékot biztosít a kiváló minőségű anyagokból.

A VBN alkatrészek kínálatában szerepel pl. Vibenite 290amely a svéd cég szerint a világ legkeményebb acélja (72 HRC). A Vibenite 290 létrehozásának folyamata az anyagok keménységének fokozatos növelése egészen. Miután ebből a nyersanyagból kinyomtatták a kívánt részeket, a csiszoláson vagy szikraforgácsoláson kívül nincs szükség további feldolgozásra. Nincs szükség vágásra, marásra vagy fúrásra. Így a cég 200 x 200 x 380 mm méretű alkatrészeket készít, amelyek geometriája más gyártási technológiával nem állítható elő.

Az acél nem mindig szükséges. A HRL Laboratories kutatócsoportja kifejlesztett egy 3D nyomtatási megoldást. alumíniumötvözetek nagy szilárdsággal. Ez az úgynevezett nanofunkcionális módszer. Egyszerűen fogalmazva, az új technika abból áll, hogy speciális nanofunkciós porokat visznek fel egy 3D nyomtatóra, amelyeket aztán lézerrel vékony rétegekkel „szinterelnek”, ami egy háromdimenziós objektum növekedéséhez vezet. Az olvadás és a megszilárdulás során a keletkező struktúrák nem pusztulnak el, és megtartják teljes szilárdságukat, mivel a nanorészecskék gócképző központként működnek az ötvözet tervezett mikroszerkezetéhez.

Az olyan nagy szilárdságú ötvözetek, mint az alumínium, széles körben használatosak a nehéziparban, a repüléstechnikában (pl. törzs) és az autóalkatrészekben. A nanofunkcionalizálás új technológiája nemcsak nagy szilárdságot, hanem változatos formát és méretet is biztosít számukra.

Összeadás kivonás helyett

A hagyományos fémmegmunkálási eljárások során a hulladékanyagot megmunkálással távolítják el. Az adalékolási folyamat fordítottan működik - kis mennyiségű anyag egymás utáni rétegeinek felhordásából és hozzáadásából áll, így digitális modell alapján szinte bármilyen alakú XNUMXD-s részeket készítenek.

Bár ezt a technikát már széles körben alkalmazzák mind a prototípusok készítésére, mind a modellöntésre, közvetlen felhasználása a piacra szánt áruk vagy eszközök gyártásában az alacsony hatásfok és a nem kielégítő anyagtulajdonságok miatt nehézkes volt. Ez a helyzet azonban fokozatosan változik a világ számos központjában végzett kutatók munkájának köszönhetően.

A gondos kísérletezés révén az XNUMXD nyomtatás két fő technológiája javult: fém lézeres leválasztása (LMD) i szelektív lézeres olvasztás (ULM). A lézertechnológia lehetővé teszi a finom részletek pontos létrehozását és jó felületminőség elérését, ami az 50D elektronsugaras nyomtatásnál (EBM) nem lehetséges. Az SLM-ben a lézersugár csúcsát az anyag porára irányítják, adott minta szerint helyben 250-3 mikron pontossággal hegesztik. Az LMD viszont lézerrel dolgozza fel a port, hogy önhordó XNUMXD struktúrákat hozzon létre.

Ezek a módszerek nagyon ígéretesnek bizonyultak repülőgép-alkatrészek létrehozásában. és különösen a fém lézeres leválasztása bővíti ki a repülőgép-alkatrészek tervezési lehetőségeit. Olyan anyagokból készülhetnek, amelyek belső szerkezete és lejtői olyan összetettek, amelyekre a múltban nem volt lehetőség. Ezen túlmenően mindkét lézertechnológia lehetővé teszi összetett geometriájú termékek létrehozását és a termékek kiterjesztett funkcionalitását az ötvözetek széles skálájából.

Tavaly szeptemberben az Airbus bejelentette, hogy a sorozatgyártású A350 XWB-jét additív nyomtatással szerelte fel. titán tartó, amelyet az Arconic gyárt. Ezzel még nincs vége, mert az Arconic és az Airbus szerződése előírja a titán-nikkel porból történő 3D nyomtatást. testrészek i Propulziós rendszer. Meg kell azonban jegyezni, hogy az Arconic nem lézertechnológiát, hanem az EBM elektronikus ív saját továbbfejlesztett változatát alkalmazza.

A fémmegmunkálási adalékos technológiák fejlesztésének egyik mérföldköve valószínűleg az első prototípus lesz, amelyet a holland Damen Shipyards Group székhelyén mutatnak be 2017 őszén. hajócsavar névadó fémötvözet VAAMpeller. A megfelelő tesztek után, amelyek többsége már megtörtént, a modellnek esélye van arra, hogy jóváhagyják a hajókon való használatra.

Mivel a fémmegmunkálási technológia jövője a nemesacél porokban vagy ötvözött alkatrészekben rejlik, érdemes megismerni e piac főbb szereplőit. A 2017 novemberében közzétett "Additive Manufacturing Metal Powder Market Report" szerint a 3D nyomtatási fémporok legfontosabb gyártói a következők: GKN, Hitachi Chemical, Rio Tinto, ATI Powder Metals, Praxair, Arconic, Sandvik AB, Renishaw, Höganäs AB , Metaldyne Performance Group, BÖHLER Edelstahl, Carpenter Technology Corporation, Aubert & Duval.

Propeller nyomat WAAMpeller

Folyékony fázis

A legismertebb fémadalékos technológiák jelenleg a kiindulási anyaghoz szükséges magas hőmérsékleten "szinterezett" és lézerrel olvasztott porok (így jön létre az előbb említett vibenit) alkalmazásán alapulnak. Azonban új koncepciók születnek. A pekingi Kínai Tudományos Akadémia Cryobiomedical Engineering Laboratóriumának kutatói kifejlesztettek egy módszert 3D nyomtatás "tintával", amely egy fémötvözetből áll, amelynek olvadáspontja valamivel szobahőmérséklet felett van. A Science China Technological Sciences folyóiratban megjelent tanulmányban Liu Jing és Wang Lei kutatók egy technikát mutattak be gallium, bizmut vagy indium alapú ötvözetek folyékony fázisú nyomtatására nanorészecskék hozzáadásával.

A hagyományos fém prototípus-készítési módszerekkel összehasonlítva a folyadékfázisú 3D nyomtatásnak számos fontos előnye van. Először is a háromdimenziós szerkezetek viszonylag nagy sebessége érhető el. Ezenkívül itt rugalmasabban állíthatja be a hűtőfolyadék hőmérsékletét és áramlását. Ezenkívül a folyékony vezető fém nem fémes anyagokkal (például műanyagokkal) kombinálva is használható, ami kiterjeszti az összetett alkatrészek tervezési lehetőségeit.

Az Amerikai Northwestern Egyetem tudósai egy új fém 3D nyomtatási technikát is kifejlesztettek, amely olcsóbb és kevésbé bonyolult a korábban ismertnél. Fémpor helyett lézert vagy elektronsugarat használ hagyományos sütő i folyékony anyag. Ezenkívül a módszer jól működik a legkülönfélébb fémek, ötvözetek, vegyületek és oxidok esetében. Hasonló a fúvókatömítéshez, ahogyan ismerjük a műanyagoknál. A "tinta" egy fémporból áll, amelyet speciális anyagban oldanak fel elasztomer hozzáadásával. Az alkalmazás időpontjában szobahőmérsékletű. Ezt követően a fúvókáról lerakódott anyagréteget a kemencében létrehozott emelt hőmérsékleten szinterelik az előző rétegekkel. A technikát az Advanced Functional Materials szakfolyóirat ismerteti.

Kínai folyékony fém fázisú nyomtatási módszer

2016-ban a Harvard kutatói egy másik módszert vezettek be, amellyel XNUMXD fémszerkezeteket lehet létrehozni. nyomtatva "a levegőben". A Harvard Egyetem olyan 3D nyomtatót készített, amely másokkal ellentétben nem rétegről rétegre hoz létre objektumokat, hanem összetett szerkezeteket hoz létre "levegőben" - azonnal megfagyó fémből. A John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences-ben kifejlesztett készülék ezüst nanorészecskék segítségével nyomtat tárgyakat. A fókuszált lézer felmelegíti és olvasztja az anyagot, így különféle struktúrákat, például spirált hoz létre.

A nagy pontosságú 3D nyomtatott fogyasztói termékek, például az orvosi implantátumok és a repülőgépmotor-alkatrészek iránti piaci kereslet gyorsan növekszik. És mivel a termékadatok megoszthatók másokkal, a vállalatok világszerte, ha hozzáférnek a fémporhoz és a megfelelő 3D nyomtatóhoz, csökkenthetik a logisztikai és a készletezési költségeket. Mint ismeretes, a leírt technológiák nagyban megkönnyítik a bonyolult geometriájú fémalkatrészek gyártását, megelőzve a hagyományos gyártási technológiákat. A speciális alkalmazások fejlesztése valószínűleg alacsonyabb árakat és nyitottságot eredményez a 3D nyomtatás hagyományos alkalmazásokban is.

A legkeményebb svéd acél – 3D nyomtatáshoz:

A világ legkeményebb acélja – a svédországi Uppsalában készült

Alumínium fólia nyomtatáshoz: 

Áttörés a kohászatban: 3D nyomtatás nagy szilárdságú alumíniumból