Будућност у праху

Шведска компанија ВБН Цомпонентс производи челичне производе користећи адитивне технологије користећи прах са адитивима, углавном алате као што су бушилице и глодалице. Технологија 3Д штампања елиминише потребу за ковањем и машинском обрадом, смањује потрошњу сировина и пружа крајњим корисницима већи избор висококвалитетних материјала.

Понуда ВБН компоненти обухвата нпр. Вибените 290који је према шведској компанији најтврђи челик на свету (72 ХРЦ). Процес стварања Вибените 290 је постепено повећање тврдоће материјала до. Када се од ове сировине одштампају жељени делови, није потребна никаква даља обрада осим брушења или ЕДМ. Није потребно сечење, глодање или бушење. Тако компанија ствара делове димензија до 200 к 200 к 380 мм, чија геометрија се не може произвести другим производним технологијама.

Челик није увек потребан. Истраживачки тим из ХРЛ Лабораториес развио је решење за 3Д штампање. легуре алуминијума са високом чврстоћом. Зове се нанофункционална метода. Једноставно речено, нова техника се састоји у наношењу специјалних нанофункционалних прахова на 3Д штампач, који се затим ласерски „синтерују” танким слојевима, што доводи до раста тродимензионалног објекта. Током топљења и очвршћавања, настале структуре се не уништавају и задржавају своју пуну снагу захваљујући наночестицама које делују као центри нуклеације за предвиђену микроструктуру легуре.

Легуре високе чврстоће као што је алуминијум се широко користе у тешкој индустрији, технологији авијације (нпр. труп) и аутомобилским деловима. Нова технологија нанофункционализације даје им не само високу чврстоћу, већ и различите облике и величине.

Сабирање уместо одузимања

У традиционалним методама обраде метала, отпадни материјал се уклања машинском обрадом. Процес адитива ради обрнуто – састоји се од наношења и додавања узастопних слојева мале количине материјала, стварајући XNUMXД делове скоро било ког облика на основу дигиталног модела.

Иако се ова техника већ широко користи и за израду прототипа и за ливење модела, њена употреба директно у производњи робе или уређаја намењених тржишту је отежана због ниске ефикасности и незадовољавајућих својстава материјала. Међутим, ова ситуација се постепено мења захваљујући раду истраживача у многим центрима широм света.

Кроз мукотрпно експериментисање, две главне технологије штампања КСНУМКСД су побољшане: ласерско наношење метала (ЛМД) и селективно ласерско топљење (УЛМ). Ласерска технологија омогућава прецизно креирање финих детаља и добијање доброг квалитета површине, што није могуће са штампањем 50Д електронским снопом (ЕБМ). У СЛМ-у, тачка ласерског снопа се усмерава на прах материјала, локално га заварујући према датом узорку са тачношћу од 250 до 3 микрона. Заузврат, ЛМД користи ласер за обраду праха како би створио самоносиве XNUMXД структуре.

Ове методе су се показале као веома обећавајуће за израду делова авиона. а посебно, примена ласерског таложења метала проширује могућности дизајна за ваздухопловне компоненте. Могу се направити од материјала са сложеном унутрашњом структуром и градијентима који у прошлости нису били могући. Поред тога, обе ласерске технологије омогућавају стварање производа сложене геометрије и добијање проширене функционалности производа од широког спектра легура.

Прошлог септембра, Ербас је објавио да је свој производни А350 КСВБ опремио адитивном штампом. титанијумски носач, произвођача Арцониц. Ово није крај, јер уговор Арконика са Ербасом предвиђа 3Д штампање од титанијум-никл праха. делови тела i погонски систем. Међутим, треба напоменути да Арцониц не користи ласерску технологију, већ сопствену побољшану верзију ЕБМ електронског лука.

Једна од прекретница у развоју адитивних технологија у обради метала вероватно ће бити први прототип представљен у седишту холандске Дамен Схипиардс Гроуп у јесен 2017. године. бродски пропелер легура метала по имену ВААМпеллер. Након одговарајућих тестова, од којих је већина већ обављена, модел има шансу да буде одобрен за употребу на бродовима.

Будући да будућност технологије обраде метала лежи у праху од нерђајућег челика или компонентама од легура, вреди упознати главне играче на овом тржишту. Према „Извештају о тржишту металног праха за адитивну производњу“ објављеном у новембру 2017. године, најважнији произвођачи металних прахова за 3Д штампање су: ГКН, Хитацхи Цхемицал, Рио Тинто, АТИ Повдер Металс, Пракаир, Арцониц, Сандвик АБ, Ренисхав, Хоганас АБ , Металдине Перформанце Гроуп, БОХЛЕР Еделстахл, Царпентер Тецхнологи Цорпоратион, Ауберт & Дувал.

Пропелер принт ВААМпеллер

Течна фаза

Најпознатије технологије адитива за метал тренутно се ослањају на употребу прахова (тако настаје поменути вибенит) „синтерованих“ и ласерски топљених на високим температурама потребним за почетни материјал. Међутим, појављују се нови концепти. Истраживачи из Лабораторије за криобиомедицинско инжењерство Кинеске академије наука у Пекингу развили су метод 3Д штампа са "мастилом", који се састоји од легуре метала са тачком топљења нешто изнад собне температуре. У студији објављеној у часопису Сциенце Цхина Тецхнологицал Сциенцес, истраживачи Лиу Јинг и Ванг Леи демонстрирају технику за штампање у течној фази легура на бази галијума, бизмута или индијума уз додатак наночестица.

У поређењу са традиционалним методама израде металних прототипова, 3Д штампа у течној фази има неколико важних предности. Прво, може се постићи релативно висока стопа израде тродимензионалних структура. Поред тога, овде можете флексибилније подесити температуру и проток расхладне течности. Поред тога, течни проводљиви метал се може користити у комбинацији са неметалним материјалима (као што је пластика), што проширује могућности дизајна за сложене компоненте.

Научници са америчког Универзитета Нортхвестерн такође су развили нову технику 3Д штампања метала која је јефтинија и мање сложена него што је раније било познато. Уместо металног праха, ласера ​​или електронских зрака, користи конвенционална рерна i течни материјал. Поред тога, метода добро функционише за широк спектар метала, легура, једињења и оксида. Ово је слично заптивачу млазнице коју познајемо код пластике. "Мастило" се састоји од металног праха раствореног у посебној супстанци уз додатак еластомера. У тренутку наношења је на собној температури. Након тога, слој материјала који се наноси из млазнице се синтерује са претходним слојевима на повишеној температури створеној у пећи. Техника је описана у специјализованом часопису Адванцед Фунцтионал Материалс.

Кинески метод штампања у фази течног метала

Истраживачи са Харварда су 2016. године представили још једну методу која може да креира XNUMXД металне структуре. штампано "у ваздуху". Универзитет Харвард креирао је 3Д штампач који, за разлику од других, не ствара објекте слој по слој, већ ствара сложене структуре „у ваздуху“ – од тренутно замрзнутог метала. Уређај, развијен на Школи за инжењерство и примењене науке Џона А. Полсона, штампа објекте користећи наночестице сребра. Фокусирани ласер загрева материјал и спаја га, стварајући различите структуре као што је спирала.

Тржишна потражња за високо прецизним 3Д штампаним потрошачким производима као што су медицински имплантати и делови мотора авиона брзо расте. И пошто подаци о производима могу да се деле са другима, компаније широм света, ако имају приступ металном праху и правом 3Д штампачу, могу да раде на смањењу трошкова логистике и залиха. Као што је познато, описане технологије у великој мери олакшавају производњу металних делова сложене геометрије, испред традиционалних производних технологија. Развој специјализованих апликација ће вероватно довести до нижих цена и отворености за коришћење 3Д штампања иу конвенционалним апликацијама.

Најтврђи шведски челик - за 3Д штампање:

Најтврђи челик на свету - произведен у Упсали, Шведска

Алуминијумска фолија за штампу: 

Пробој у металургији: 3Д штампање алуминијума високе чврстоће