Prihodnost v prahu

Švedsko podjetje VBN Components proizvaja jeklene izdelke z uporabo aditivnih tehnologij z uporabo prahu z dodatki, predvsem orodja, kot so svedri in rezkarji. Tehnologija 3D tiska odpravlja potrebo po kovanju in strojni obdelavi, zmanjšuje porabo surovin in končnim uporabnikom omogoča širšo izbiro visokokakovostnih materialov.

Ponudba komponent VBN vključuje npr. Vibenit 290ki je po mnenju švedskega podjetja najtrše jeklo na svetu (72 HRC). Postopek ustvarjanja Vibenite 290 je postopno povečevanje trdote materialov do. Ko so želeni deli natisnjeni iz te surovine, ni potrebna nobena nadaljnja obdelava, razen mletja ali EDM. Rezanje, rezkanje ali vrtanje ni potrebno. Tako podjetje izdeluje dele z dimenzijami do 200 x 200 x 380 mm, katerih geometrije ni mogoče izdelati z drugimi proizvodnimi tehnologijami.

Jeklo ni vedno potrebno. Raziskovalna skupina iz HRL Laboratories je razvila rešitev za 3D tiskanje. aluminijeve zlitine z visoko trdnostjo. Se imenuje nanofunkcionalna metoda. Preprosto povedano, nova tehnika je sestavljena iz nanašanja posebnih nanofunkcionalnih praškov na 3D-tiskalnik, ki se nato z lasersko tankimi plastmi "sintrajo", kar vodi do rasti tridimenzionalnega predmeta. Med taljenjem in strjevanjem se nastale strukture ne uničijo in ohranijo svojo polno trdnost zaradi nanodelcev, ki delujejo kot nukleacijski centri za predvideno mikrostrukturo zlitine.

Zlitine visoke trdnosti, kot je aluminij, se pogosto uporabljajo v težki industriji, letalski (npr. trup) tehnologiji in avtomobilskih delih. Nova tehnologija nanofunkcionalizacije jim ne daje le visoke trdnosti, temveč tudi različne oblike in velikosti.

Seštevanje namesto odštevanja

Pri tradicionalnih metodah obdelave kovin se odpadni material odstrani s strojno obdelavo. Postopek dodajanja deluje obratno – sestavljen je iz nanašanja in dodajanja zaporednih plasti majhne količine materiala, s čimer na podlagi digitalnega modela ustvarite XNUMXD dele skoraj poljubne oblike.

Čeprav se ta tehnika že široko uporablja tako za izdelavo prototipov kot za litje modelov, je bila njena uporaba neposredno pri proizvodnji blaga ali naprav, namenjenih trgu, težka zaradi nizke učinkovitosti in nezadovoljivih lastnosti materiala. Vendar se to stanje postopoma spreminja zaradi dela raziskovalcev v številnih centrih po svetu.

S skrbnim eksperimentiranjem sta bili izboljšani dve glavni tehnologiji tiskanja XNUMXD: lasersko nanašanje kovine (LMD) i selektivno lasersko taljenje (ULM). Laserska tehnologija omogoča natančno ustvarjanje drobnih detajlov in doseganje dobre kakovosti površine, kar pri 50D tiskanju z elektronskimi žarki (EBM) ni mogoče. Pri SLM je točka laserskega žarka usmerjena na prah materiala, ki ga lokalno varimo po danem vzorcu z natančnostjo od 250 do 3 mikrone. Po drugi strani LMD uporablja laser za obdelavo prahu, da ustvari samonosne XNUMXD strukture.

Te metode so se izkazale za zelo obetavne za izdelavo letalskih delov. in zlasti uporaba laserskega nanašanja kovin širi možnosti oblikovanja za letalske komponente. Izdelane so lahko iz materialov s kompleksno notranjo strukturo in gradienti, ki v preteklosti niso bili možni. Poleg tega obe laserski tehnologiji omogočata ustvarjanje izdelkov kompleksne geometrije in pridobivanje razširjene funkcionalnosti izdelkov iz široke palete zlitin.

Lani septembra je Airbus objavil, da je svoj proizvodni A350 XWB opremil z aditivnim tiskanjem. titanov nosilec, ki ga proizvaja Arconic. To še ni konec, saj pogodba Arconic z Airbusom predvideva 3D tiskanje iz titan-nikljevega prahu. deli telesa i pogonski sistem. Vendar je treba opozoriti, da Arconic ne uporablja laserske tehnologije, temveč lastno izboljšano različico elektronskega loka EBM.

Eden od mejnikov v razvoju aditivnih tehnologij v obdelavi kovin bo verjetno prvi prototip, predstavljen na sedežu nizozemske skupine ladjedelnic Damen jeseni 2017. ladijski propeler kovinska zlitina poimenovana po VAAMpeller. Po ustreznih testih, od katerih je večina že opravljenih, ima model možnost, da ga odobrijo za uporabo na krovu ladij.

Ker je prihodnost tehnologije obdelave kovin v prahu iz nerjavnega jekla ali komponentah iz zlitin, je vredno spoznati glavne akterje na tem trgu. Glede na "Additive Manufacturing Metal Powder Market Report", objavljeno novembra 2017, so najpomembnejši proizvajalci kovinskih prahov za 3D tiskanje: 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.

Propeler tisk WAAMpeller

Tekoča faza

Trenutno najbolj znane tehnologije kovinskih aditivov temeljijo na uporabi praškov (tako nastane omenjeni vibenit) "sintranih" in lasersko taljenih pri visokih temperaturah, potrebnih za izhodni material. Vendar pa se pojavljajo novi koncepti. Raziskovalci iz laboratorija za kribiomedicinsko inženirstvo Kitajske akademije znanosti v Pekingu so razvili metodo 3D tiskanje s "črnilom", sestavljen iz kovinske zlitine s tališčem nekoliko nad sobno temperaturo. V študiji, objavljeni v reviji Science China Technological Sciences, raziskovalca Liu Jing in Wang Lei prikazujeta tehniko tekočega tiskanja zlitin na osnovi galija, bizmuta ali indija z dodatkom nanodelcev.

V primerjavi s tradicionalnimi metodami izdelave kovinskih prototipov ima 3D tiskanje v tekoči fazi več pomembnih prednosti. Prvič, mogoče je doseči relativno visoko stopnjo izdelave tridimenzionalnih struktur. Poleg tega lahko tukaj bolj prilagodljivo prilagajate temperaturo in pretok hladilne tekočine. Poleg tega se tekoča prevodna kovina lahko uporablja v kombinaciji z nekovinskimi materiali (kot je plastika), kar razširi možnosti oblikovanja za kompleksne komponente.

Znanstveniki na ameriški univerzi Northwestern so razvili tudi novo kovinsko tehniko 3D tiskanja, ki je cenejša in manj zapletena, kot je bila prej znana. Namesto kovinskega prahu, laserjev ali elektronskih žarkov uporablja običajna pečica i tekoči material. Poleg tega metoda dobro deluje za najrazličnejše kovine, zlitine, spojine in okside. To je podobno tesnilu šobe, ki ga poznamo pri plastičnih masah. "Črnilo" je sestavljeno iz kovinskega prahu, raztopljenega v posebni snovi z dodatkom elastomera. V času nanosa je pri sobni temperaturi. Po tem se plast materiala, ki se nanese iz šobe, sintra s prejšnjimi plastmi pri povišani temperaturi, ustvarjeni v peči. Tehnika je opisana v specializirani reviji Advanced Functional Materials.

Kitajski način tiskanja s tekočimi kovinami

Leta 2016 so raziskovalci s Harvarda predstavili še eno metodo, ki lahko ustvari XNUMXD kovinske strukture. natisnjeno "v zraku". Univerza Harvard je ustvarila 3D-tiskalnik, ki za razliko od drugih ne ustvarja predmetov plast za plastjo, ampak ustvarja kompleksne strukture »v zraku« – iz takoj zmrznjene kovine. Naprava, ki so jo razvili na Šoli za inženirstvo in uporabne znanosti John A. Paulson, tiska predmete z uporabo srebrovih nanodelcev. Fokusirani laser segreva material in ga spaja ter ustvarja različne strukture, kot je vijačnica.

Povpraševanje na trgu po visoko natančnih 3D tiskanih potrošniških izdelkih, kot so medicinski vsadki in deli letalskih motorjev, hitro raste. In ker je podatke o izdelkih mogoče deliti z drugimi, si lahko podjetja po vsem svetu, če imajo dostop do kovinskega prahu in pravega 3D tiskalnika, prizadevajo za zmanjšanje logističnih stroškov in stroškov zalog. Kot je znano, opisane tehnologije močno olajšajo izdelavo kovinskih delov kompleksne geometrije, pred tradicionalnimi proizvodnimi tehnologijami. Razvoj specializiranih aplikacij bo verjetno vodil do nižjih cen in odprtosti za uporabo 3D tiskanja tudi v običajnih aplikacijah.

Najtrše švedsko jeklo - za 3D tiskanje:

Najtrše jeklo na svetu - izdelano v Uppsali na Švedskem

Aluminijasta folija za tisk: 

Preboj v metalurgiji: 3D tisk visoko trdnega aluminija