Μέλλον σε σκόνη

Η σουηδική εταιρεία VBN Components παράγει προϊόντα χάλυβα χρησιμοποιώντας τεχνολογίες πρόσθετων χρησιμοποιώντας σκόνη με πρόσθετα, κυρίως εργαλεία όπως τρυπάνια και φρέζες. Η τεχνολογία τρισδιάστατης εκτύπωσης εξαλείφει την ανάγκη σφυρηλάτησης και μηχανικής κατεργασίας, μειώνει την κατανάλωση πρώτων υλών και παρέχει στους τελικούς χρήστες μια ευρύτερη επιλογή υλικών υψηλής ποιότητας.

Η προσφορά εξαρτημάτων VBN περιλαμβάνει π.χ. Vibenite 290που, σύμφωνα με τη σουηδική εταιρεία, είναι ο σκληρότερος χάλυβας στον κόσμο (72 HRC). Η διαδικασία δημιουργίας του Vibenite 290 είναι η σταδιακή αύξηση της σκληρότητας των υλικών μέχρι. Μόλις εκτυπωθούν τα επιθυμητά εξαρτήματα από αυτήν την πρώτη ύλη, δεν απαιτείται περαιτέρω επεξεργασία εκτός από λείανση ή EDM. Δεν απαιτείται κοπή, φρεζάρισμα ή διάτρηση. Έτσι, η εταιρεία δημιουργεί ανταλλακτικά με διαστάσεις έως 200 x 200 x 380 mm, η γεωμετρία των οποίων δεν μπορεί να παραχθεί χρησιμοποιώντας άλλες τεχνολογίες κατασκευής.

Ο χάλυβας δεν χρειάζεται πάντα. Μια ερευνητική ομάδα από τα HRL Laboratories ανέπτυξε μια λύση τρισδιάστατης εκτύπωσης. κράματα αλουμινίου με υψηλή αντοχή. Ονομάζεται νανολειτουργική μέθοδος. Με απλά λόγια, η νέα τεχνική συνίσταται στην εφαρμογή ειδικών νανολειτουργικών σκονών σε έναν 3D εκτυπωτή, οι οποίες στη συνέχεια «συντήκονται» με λεπτές στρώσεις λέιζερ, γεγονός που οδηγεί στην ανάπτυξη ενός τρισδιάστατου αντικειμένου. Κατά τη διάρκεια της τήξης και της στερεοποίησης, οι προκύπτουσες δομές δεν καταστρέφονται και διατηρούν την πλήρη αντοχή τους λόγω των νανοσωματιδίων που λειτουργούν ως κέντρα πυρήνων για την επιδιωκόμενη μικροδομή του κράματος.

Τα κράματα υψηλής αντοχής, όπως το αλουμίνιο, χρησιμοποιούνται ευρέως στη βαριά βιομηχανία, στην τεχνολογία της αεροπορίας (π.χ. ατράκτου) και στα ανταλλακτικά αυτοκινήτων. Η νέα τεχνολογία νανολειτουργικότητας τους δίνει όχι μόνο υψηλή αντοχή, αλλά και ποικιλία σχημάτων και μεγεθών.

Πρόσθεση αντί αφαίρεσης

Στις παραδοσιακές μεθόδους επεξεργασίας μετάλλων, τα απόβλητα αφαιρούνται με μηχανική κατεργασία. Η διαδικασία πρόσθετων λειτουργεί αντίστροφα - συνίσταται στην εφαρμογή και προσθήκη διαδοχικών στρωμάτων μικρής ποσότητας υλικού, δημιουργώντας τρισδιάστατα μέρη σχεδόν οποιουδήποτε σχήματος με βάση ένα ψηφιακό μοντέλο.

Αν και αυτή η τεχνική χρησιμοποιείται ήδη ευρέως τόσο για τη δημιουργία πρωτοτύπων όσο και για τη χύτευση μοντέλων, η χρήση της απευθείας στην παραγωγή προϊόντων ή συσκευών που προορίζονται για την αγορά ήταν δύσκολη λόγω της χαμηλής απόδοσης και των μη ικανοποιητικών ιδιοτήτων του υλικού. Ωστόσο, αυτή η κατάσταση αλλάζει σταδιακά χάρη στη δουλειά ερευνητών σε πολλά κέντρα σε όλο τον κόσμο.

Μέσα από επίπονους πειραματισμούς, οι δύο κύριες τεχνολογίες της εκτύπωσης XNUMXD έχουν βελτιωθεί: εναπόθεση μετάλλου με λέιζερ (LMD) i επιλεκτική τήξη με λέιζερ (ULM). Η τεχνολογία λέιζερ καθιστά δυνατή τη δημιουργία με ακρίβεια λεπτών λεπτομερειών και την απόκτηση καλής ποιότητας επιφάνειας, κάτι που δεν είναι δυνατό με την εκτύπωση δέσμης ηλεκτρονίων 50D (EBM). Στο SLM, το σημείο της δέσμης λέιζερ κατευθύνεται πάνω στη σκόνη του υλικού, συγκολλώντας το τοπικά σύμφωνα με ένα δεδομένο σχέδιο με ακρίβεια 250 έως 3 μικρά. Με τη σειρά του, το LMD χρησιμοποιεί ένα λέιζερ για να επεξεργαστεί τη σκόνη για να δημιουργήσει αυτοφερόμενες τρισδιάστατες δομές.

Αυτές οι μέθοδοι έχουν αποδειχθεί πολλά υποσχόμενες για τη δημιουργία εξαρτημάτων αεροσκαφών. και, ειδικότερα, η εφαρμογή λέιζερ απόθεσης μετάλλων διευρύνει τις δυνατότητες σχεδιασμού για εξαρτήματα αεροδιαστημικής. Μπορούν να κατασκευαστούν από υλικά με πολύπλοκες εσωτερικές δομές και κλίσεις που δεν ήταν δυνατές στο παρελθόν. Επιπλέον, και οι δύο τεχνολογίες λέιζερ καθιστούν δυνατή τη δημιουργία προϊόντων σύνθετης γεωμετρίας και την απόκτηση εκτεταμένης λειτουργικότητας προϊόντων από ένα ευρύ φάσμα κραμάτων.

Τον περασμένο Σεπτέμβριο, η Airbus ανακοίνωσε ότι εξόπλισε το Α350 XWB παραγωγής της με εκτύπωση προσθέτων. βραχίονας τιτανίου, κατασκευής Arconic. Αυτό δεν είναι το τέλος, γιατί η σύμβαση της Arconic με την Airbus προβλέπει τρισδιάστατη εκτύπωση από σκόνη τιτανίου-νικελίου. μέλη του σώματος i σύστημα πρόωσης. Ωστόσο, πρέπει να σημειωθεί ότι η Arconic δεν χρησιμοποιεί τεχνολογία λέιζερ, αλλά τη δική της βελτιωμένη έκδοση του ηλεκτρονικού τόξου EBM.

Ένα από τα ορόσημα στην ανάπτυξη των πρόσθετων τεχνολογιών στη μεταλλουργία είναι πιθανό να είναι το πρώτο πρωτότυπο που θα παρουσιαστεί στα κεντρικά γραφεία του ολλανδικού ομίλου Damen Shipyards το φθινόπωρο του 2017. έλικα πλοίου κράμα μετάλλων που πήρε το όνομά του VAAMpeller. Μετά από κατάλληλες δοκιμές, οι περισσότερες από τις οποίες έχουν ήδη πραγματοποιηθεί, το μοντέλο έχει την ευκαιρία να εγκριθεί για χρήση σε πλοία.

Καθώς το μέλλον της τεχνολογίας κατεργασίας μετάλλων βρίσκεται σε σκόνες από ανοξείδωτο χάλυβα ή εξαρτήματα κραμάτων, αξίζει να γνωρίσετε τους σημαντικότερους παίκτες αυτής της αγοράς. Σύμφωνα με την «Additive Manufacturing Metal Powder Market Report» που δημοσιεύθηκε τον Νοέμβριο του 2017, οι σημαντικότεροι κατασκευαστές μεταλλικών σκονών τρισδιάστατης εκτύπωσης είναι: GKN, Hitachi Chemical, Rio Tinto, ATI Powder Metals, Praxair, Arconic, Sandvik AB, Renishaw, Höganäs . , Metaldyne Performance Group, BÖHLER Edelstahl, Carpenter Technology Corporation, Aubert & Duval.

Εκτύπωση προπέλας WAAMpeller

Υγρή φάση

Οι πιο γνωστές τεχνολογίες πρόσθετων μετάλλων βασίζονται επί του παρόντος στη χρήση σκονών (έτσι δημιουργείται ο προαναφερθείς βιβενίτης) «πυροσυσσωματωμένες» και λιωμένες με λέιζερ στις υψηλές θερμοκρασίες που απαιτούνται για το αρχικό υλικό. Ωστόσο, νέες έννοιες εμφανίζονται. Ερευνητές από το Εργαστήριο Κρυοϊατρικής Μηχανικής της Κινεζικής Ακαδημίας Επιστημών στο Πεκίνο ανέπτυξαν μια μέθοδο 3D εκτύπωση με "μελάνη", που αποτελείται από ένα κράμα μετάλλων με σημείο τήξης λίγο πάνω από τη θερμοκρασία δωματίου. Σε μια μελέτη που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Science China Technological Sciences, οι ερευνητές Liu Jing και Wang Lei επιδεικνύουν μια τεχνική για την εκτύπωση υγρής φάσης κραμάτων με βάση το γάλλιο, το βισμούθιο ή το ίνδιο με την προσθήκη νανοσωματιδίων.

Σε σύγκριση με τις παραδοσιακές μεθόδους δημιουργίας πρωτοτύπων μετάλλων, η τρισδιάστατη εκτύπωση υγρής φάσης έχει πολλά σημαντικά πλεονεκτήματα. Πρώτον, μπορεί να επιτευχθεί σχετικά υψηλός ρυθμός κατασκευής τρισδιάστατων κατασκευών. Επιπλέον, εδώ μπορείτε να ρυθμίσετε πιο ευέλικτα τη θερμοκρασία και τη ροή του ψυκτικού υγρού. Επιπλέον, το υγρό αγώγιμο μέταλλο μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε συνδυασμό με μη μεταλλικά υλικά (όπως πλαστικά), γεγονός που διευρύνει τις δυνατότητες σχεδιασμού για πολύπλοκα εξαρτήματα.

Οι επιστήμονες στο Αμερικανικό Πανεπιστήμιο Northwestern ανέπτυξαν επίσης μια νέα τεχνική τρισδιάστατης εκτύπωσης μετάλλων που είναι φθηνότερη και λιγότερο περίπλοκη από ό,τι ήταν γνωστό στο παρελθόν. Αντί για μεταλλική σκόνη, λέιζερ ή δέσμες ηλεκτρονίων, χρησιμοποιεί συμβατικός φούρνος i υγρό υλικό. Επιπλέον, η μέθοδος λειτουργεί καλά για μια μεγάλη ποικιλία μετάλλων, κραμάτων, ενώσεων και οξειδίων. Αυτό είναι παρόμοιο με το στεγανοποιητικό ακροφύσιο που γνωρίζουμε με τα πλαστικά. Το "Ink" αποτελείται από μια μεταλλική σκόνη διαλυμένη σε ειδική ουσία με την προσθήκη ελαστομερούς. Τη στιγμή της εφαρμογής βρίσκεται σε θερμοκρασία δωματίου. Μετά από αυτό, το στρώμα υλικού που εφαρμόζεται από το ακροφύσιο συντήκεται με τα προηγούμενα στρώματα σε μια αυξημένη θερμοκρασία που δημιουργείται στον κλίβανο. Η τεχνική περιγράφεται στο εξειδικευμένο περιοδικό Advanced Functional Materials.

Κινεζική μέθοδος εκτύπωσης φάσης υγρού μετάλλου

Το 2016, οι ερευνητές του Χάρβαρντ εισήγαγαν μια άλλη μέθοδο που μπορεί να δημιουργήσει τρισδιάστατες μεταλλικές κατασκευές. τυπωμένο "στον αέρα". Το Πανεπιστήμιο του Χάρβαρντ δημιούργησε έναν τρισδιάστατο εκτυπωτή που, σε αντίθεση με άλλους, δεν δημιουργεί αντικείμενα στρώμα-στρώμα, αλλά δημιουργεί περίπλοκες δομές «στον αέρα» - από το στιγμιαίο πάγωμα μετάλλου. Η συσκευή, που αναπτύχθηκε στο John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences, εκτυπώνει αντικείμενα χρησιμοποιώντας νανοσωματίδια αργύρου. Το εστιασμένο λέιζερ θερμαίνει το υλικό και το συγχωνεύει, δημιουργώντας διάφορες δομές όπως μια έλικα.

Η ζήτηση της αγοράς για τρισδιάστατα εκτυπωμένα καταναλωτικά προϊόντα υψηλής ακρίβειας, όπως ιατρικά εμφυτεύματα και εξαρτήματα κινητήρων αεροσκαφών, αυξάνεται με ταχείς ρυθμούς. Και επειδή τα δεδομένα προϊόντων μπορούν να κοινοποιηθούν σε άλλους, οι εταιρείες σε όλο τον κόσμο, εάν έχουν πρόσβαση σε μεταλλική σκόνη και τον κατάλληλο τρισδιάστατο εκτυπωτή, μπορούν να εργαστούν για να μειώσουν το κόστος εφοδιαστικής και αποθέματος. Όπως είναι γνωστό, οι περιγραφόμενες τεχνολογίες διευκολύνουν πολύ την κατασκευή μεταλλικών μερών σύνθετης γεωμετρίας, μπροστά από τις παραδοσιακές τεχνολογίες παραγωγής. Η ανάπτυξη εξειδικευμένων εφαρμογών είναι πιθανό να οδηγήσει σε χαμηλότερες τιμές και άνοιγμα στη χρήση της τρισδιάστατης εκτύπωσης και σε συμβατικές εφαρμογές.

Ο πιο σκληρός σουηδικός χάλυβας - για τρισδιάστατη εκτύπωση:

Ο σκληρότερος χάλυβας στον κόσμο - κατασκευασμένος στην Ουψάλα της Σουηδίας

Φιλμ αλουμινίου για εκτύπωση: 

Επανάσταση στη μεταλλουργία: τρισδιάστατη εκτύπωση αλουμινίου υψηλής αντοχής