Budućnost u prahu

Švedska tvrtka VBN Components proizvodi čelične proizvode koristeći aditivne tehnologije pomoću praha s aditivima, uglavnom alata poput svrdla i glodala. Tehnologija 3D ispisa eliminira potrebu za kovanjem i strojnom obradom, smanjuje potrošnju sirovina, a krajnjim korisnicima pruža veći izbor visokokvalitetnih materijala.

Ponuda VBN komponenti uključuje npr. Vibenit 290koji je prema švedskoj tvrtki najtvrđi čelik na svijetu (72 HRC). Proces stvaranja Vibenite 290 je postupno povećanje tvrdoće materijala do. Nakon što su željeni dijelovi otisnuti od ove sirovine, nije potrebna daljnja obrada osim brušenja ili EDM. Nije potrebno rezanje, glodanje ili bušenje. Tako tvrtka stvara dijelove dimenzija do 200 x 200 x 380 mm čija se geometrija ne može proizvesti drugim proizvodnim tehnologijama.

Čelik nije uvijek potreban. Istraživački tim iz HRL Laboratories razvio je rješenje za 3D ispis. aluminijske legure s visokom čvrstoćom. To se zove nanofunkcionalna metoda. Pojednostavljeno, nova tehnika se sastoji u nanošenju posebnih nanofunkcionalnih prahova na 3D printer, koji se zatim laserom "sinteriraju" tankim slojevima, što dovodi do rasta trodimenzionalnog objekta. Tijekom taljenja i skrućivanja, nastale strukture se ne uništavaju i zadržavaju svoju punu čvrstoću zbog nanočestica koje djeluju kao nukleacijski centri za predviđenu mikrostrukturu legure.

Legure visoke čvrstoće kao što je aluminij naširoko se koriste u teškoj industriji, tehnologiji zrakoplovstva (npr. trup trupa) i automobilskim dijelovima. Nova tehnologija nanofunkcionalizacije daje im ne samo visoku čvrstoću, već i razne oblike i veličine.

Zbrajanje umjesto oduzimanja

U tradicionalnim metodama obrade metala otpadni materijal se uklanja strojnom obradom. Proces aditiva radi obrnuto - sastoji se od nanošenja i dodavanja uzastopnih slojeva male količine materijala, stvarajući XNUMXD dijelove gotovo bilo kojeg oblika na temelju digitalnog modela.

Iako se ova tehnika već naširoko koristi i za izradu prototipa i za lijevanje modela, njezina uporaba izravno u proizvodnji robe ili uređaja namijenjenih tržištu bila je otežana zbog niske učinkovitosti i nezadovoljavajućih svojstava materijala. Međutim, ova se situacija postupno mijenja zahvaljujući radu istraživača u mnogim centrima diljem svijeta.

Mukotrpnim eksperimentiranjem poboljšane su dvije glavne tehnologije XNUMXD tiska: lasersko taloženje metala (LMD) i selektivno lasersko taljenje (ULM). Laserska tehnologija omogućuje precizno stvaranje finih detalja i postizanje dobre kvalitete površine, što nije moguće s 50D ispisom elektronskim snopom (EBM). U SLM-u, točka laserske zrake usmjerava se na prah materijala, lokalno ga zavarujući prema zadanom uzorku s točnošću od 250 do 3 mikrona. Zauzvrat, LMD koristi laser za obradu praha za stvaranje samonosivih XNUMXD struktura.

Ove metode su se pokazale vrlo obećavajućima za izradu dijelova zrakoplova. a posebno lasersko taloženje metala proširuje mogućnosti dizajna za zrakoplovne komponente. Mogu se izraditi od materijala sa složenom unutarnjom strukturom i gradijentima koji u prošlosti nisu bili mogući. Osim toga, obje laserske tehnologije omogućuju stvaranje proizvoda složene geometrije i dobivanje proširene funkcionalnosti proizvoda iz širokog spektra legura.

Prošlog rujna, Airbus je objavio da je svoj proizvodni A350 XWB opremio aditivnim ispisom. titanski nosač, proizvođača Arconic. Ovo nije kraj, jer Arconicov ugovor s Airbusom predviđa 3D ispis od titan-nikl praha. dijelovi tijela i pogonski sustav. Ipak, treba napomenuti da Arconic ne koristi lasersku tehnologiju, već vlastitu poboljšanu verziju EBM elektroničkog luka.

Jedna od prekretnica u razvoju aditivnih tehnologija u obradi metala vjerojatno će biti prvi ikad predstavljen prototip u sjedištu nizozemske Damen Shipyards Group u jesen 2017. godine. brodski propeler metalna legura nazvana po VAAMpeller. Nakon odgovarajućih testova, od kojih je većina već obavljena, model ima priliku biti odobren za korištenje na brodovima.

Budući da budućnost tehnologije obrade metala leži u prahu od nehrđajućeg čelika ili komponentama od legura, vrijedi upoznati glavne igrače na ovom tržištu. Prema "Izvješću o tržištu additivne proizvodnje metalnog praha" objavljenom u studenom 2017., najvažniji proizvođači metalnih prahova za 3D ispis su: 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.

Ispis propelera WAAMpeller

Tekuća faza

Najpoznatije tehnologije aditiva za metal trenutno se oslanjaju na korištenje prahova (tako nastaje spomenuti vibenit) "sinteriranih" i laserski taljenih na visokim temperaturama potrebnim za početni materijal. Međutim, pojavljuju se novi koncepti. Istraživači iz Laboratorija za kriobiomedicinsko inženjerstvo Kineske akademije znanosti u Pekingu razvili su metodu 3D ispis s "tintom", koji se sastoji od metalne legure s točkom taljenja nešto iznad sobne temperature. U studiji objavljenoj u časopisu Science China Technological Sciences, istraživači Liu Jing i Wang Lei demonstriraju tehniku ​​za ispis u tekućoj fazi slitina na bazi galija, bizmuta ili indija s dodatkom nanočestica.

U usporedbi s tradicionalnim metodama izrade metalnih prototipa, 3D ispis u tekućoj fazi ima nekoliko važnih prednosti. Prvo, može se postići relativno visoka stopa izrade trodimenzionalnih struktura. Osim toga, ovdje možete fleksibilnije podesiti temperaturu i protok rashladne tekućine. Osim toga, tekući vodljivi metal može se koristiti u kombinaciji s nemetalnim materijalima (kao što je plastika), što proširuje mogućnosti dizajna za složene komponente.

Znanstvenici s američkog Sveučilišta Northwestern također su razvili novu tehniku ​​metalnog 3D ispisa koja je jeftinija i manje složena od dosad poznatog. Umjesto metalnog praha, koristi se laseri ili elektronske zrake konvencionalna pećnica i tekući materijal. Osim toga, metoda dobro funkcionira za širok raspon metala, legura, spojeva i oksida. Ovo je slično brtvi mlaznice koju poznajemo kod plastike. "Tinta" se sastoji od metalnog praha otopljenog u posebnoj tvari uz dodatak elastomera. U trenutku nanošenja je na sobnoj temperaturi. Nakon toga, sloj materijala nanesenog iz mlaznice sinterira se s prethodnim slojevima na povišenoj temperaturi stvorenoj u peći. Tehnika je opisana u specijaliziranom časopisu Advanced Functional Materials.

Kineska metoda ispisa u fazi tekućeg metala

2016. znanstvenici s Harvarda predstavili su još jednu metodu koja može stvoriti XNUMXD metalne strukture. tiskano "u zraku". Sveučilište Harvard stvorilo je 3D printer koji, za razliku od drugih, ne stvara objekte sloj po sloj, već stvara složene strukture “u zraku” – od metala koji se trenutno smrzava. Uređaj, razvijen na Školi inženjerstva i primijenjenih znanosti John A. Paulson, ispisuje predmete pomoću nanočestica srebra. Fokusirani laser zagrijava materijal i spaja ga, stvarajući različite strukture kao što je spirala.

Tržišna potražnja za visoko preciznim 3D tiskanim potrošačkim proizvodima kao što su medicinski implantati i dijelovi motora zrakoplova brzo raste. A budući da se podaci o proizvodima mogu dijeliti s drugima, tvrtke diljem svijeta, ako imaju pristup metalnom prahu i pravom 3D pisaču, mogu raditi na smanjenju troškova logistike i zaliha. Kao što je poznato, opisane tehnologije uvelike olakšavaju izradu metalnih dijelova složene geometrije, ispred tradicionalnih proizvodnih tehnologija. Razvoj specijaliziranih aplikacija vjerojatno će dovesti do nižih cijena i otvorenosti za korištenje 3D ispisa i u konvencionalnim aplikacijama.

Najtvrđi švedski čelik - za 3D ispis:

Najtvrđi čelik na svijetu - proizveden u Uppsali u Švedskoj

Aluminijska folija za tisak: 

Proboj u metalurgiji: 3D ispis aluminija visoke čvrstoće