Budućnost u prahu

Švedska kompanija VBN Components proizvodi čelične proizvode koristeći aditivne tehnologije koristeći prah sa aditivima, uglavnom alate kao što su bušilice i glodalice. Tehnologija 3D štampanja eliminiše potrebu za kovanjem i mašinskom obradom, smanjuje potrošnju sirovina, a krajnjim korisnicima pruža veći izbor visokokvalitetnih materijala.

Ponuda VBN komponenti uključuje npr. Vibenite 290koji je, prema švedskoj kompaniji, najtvrđi čelik na svijetu (72 HRC). Proces stvaranja Vibenite 290 je postepeno povećanje tvrdoće materijala do. Kada su željeni dijelovi odštampani od ove sirovine, nije potrebna nikakva daljnja obrada osim brušenja ili EDM. Nije potrebno rezanje, glodanje ili bušenje. Tako kompanija proizvodi 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 printanje. aluminijske legure sa visokom čvrstoćom. To se zove nanofunkcionalna metoda. Najjednostavnije rečeno, nova tehnika se sastoji u nanošenju specijalnih nanofunkcionalnih prahova na 3D štampač, koji se zatim laserom „sinteruju” tankim slojevima, što dovodi do rasta trodimenzionalnog objekta. Tokom topljenja i očvršćavanja, nastale strukture se ne uništavaju i zadržavaju svoju punu snagu zahvaljujući nanočesticama koje djeluju kao nukleacijski centri za predviđenu mikrostrukturu legure.

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

Sabiranje umjesto oduzimanja

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

Iako se ova tehnika već široko koristi i za izradu prototipa i za livenje modela, njena upotreba direktno u proizvodnji robe ili uređaja namenjenih tržištu je otežana zbog niske efikasnosti i nezadovoljavajućih svojstava materijala. Međutim, ova situacija se postepeno mijenja zahvaljujući radu istraživača u mnogim centrima širom svijeta.

Kroz mukotrpno eksperimentiranje, poboljšane su dvije glavne tehnologije XNUMXD štampanja: lasersko nanošenje metala (LMD) i selektivno lasersko topljenje (ULM). Laserska tehnologija omogućava precizno kreiranje finih detalja i postizanje dobrog kvaliteta površine, što nije moguće sa 50D štampanjem elektronskim snopom (EBM). U SLM-u, vrh laserske zrake se usmjerava na prah materijala, lokalno ga zavarujući prema datom uzorku s preciznošću od 250 do 3 mikrona. Zauzvrat, LMD koristi laser za obradu praha kako bi stvorio samonoseće XNUMXD strukture.

Ove metode su se pokazale kao vrlo obećavajuće za izradu dijelova za avione. a posebno lasersko taloženje metala proširuje mogućnosti dizajna za vazduhoplovne komponente. Mogu se napraviti od materijala sa složenom unutrašnjom strukturom i gradijentima koji u prošlosti nisu bili mogući. Osim toga, obje laserske tehnologije omogućavaju stvaranje proizvoda složene geometrije i dobijanje proširene funkcionalnosti proizvoda iz širokog spektra legura.

Prošlog septembra, Airbus je objavio da je svoj proizvodni A350 XWB opremio aditivnom štampom. titanijumski nosač, proizvođača Arconic. Ovo nije kraj, jer Arconicov ugovor sa Airbusom predviđa 3D štampanje od titanijum-nikl praha. dijelovi tijela i pogonski sistem. Međutim, treba napomenuti da Arconic ne koristi lasersku tehnologiju, već sopstvenu poboljšanu verziju EBM elektronskog luka.

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

Budući da budućnost tehnologije obrade metala leži u prahu od nehrđajućeg čelika ili komponentama od legura, vrijedno je upoznati glavne igrače na ovom tržištu. Prema "Additive Manufacturing Metal Powder Market Report" objavljenom u novembru 2017. godine, najvažniji proizvođači metalnih prahova za 3D štampanje 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.

Propeler print WAAMpeller

Tečna faza

Najpoznatije tehnologije aditiva za metal trenutno se oslanjaju na upotrebu prahova (tako nastaje pomenuti vibenit) "sinterovanih" i laserski topljenih na visokim temperaturama potrebnim za početni materijal. Međutim, pojavljuju se novi koncepti. Istraživači iz Laboratorije za kriobiomedicinsko inženjerstvo Kineske akademije nauka u Pekingu razvili su metodu 3D štampa sa "tintom", koji se sastoji od legure metala sa tačkom topljenja nešto iznad sobne temperature. U studiji objavljenoj u časopisu Science China Technological Sciences, istraživači Liu Jing i Wang Lei demonstriraju tehniku ​​za štampanje u tečnoj fazi legura na bazi galija, bizmuta ili indija uz dodatak nanočestica.

U poređenju sa tradicionalnim metodama izrade metalnih prototipova, 3D štampa u tečnoj 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 provodljivi metal se može koristiti u kombinaciji sa nemetalnim materijalima (kao što je plastika), što povećava mogućnosti dizajna za složene komponente.

Naučnici sa američkog Univerziteta Northwestern također su razvili novu metalnu tehniku ​​3D štampe koja je jeftinija i manje složena nego što je ranije bilo poznato. Umjesto metalnog praha, koristi lasere ili elektronske zrake konvencionalna pećnica i tečni materijal. Osim toga, metoda dobro funkcionira za širok raspon metala, legura, spojeva i oksida. Ovo je slično brtvi mlaznice koju poznajemo kod plastike. "Tintilo" se sastoji od metalnog praha otopljenog u posebnoj tvari uz dodatak elastomera. U trenutku nanošenja je na sobnoj temperaturi. Nakon toga se sloj materijala koji se nanosi iz mlaznice sinteruje sa prethodnim slojevima na povišenoj temperaturi stvorenoj u peći. Tehnika je opisana u specijalizovanom časopisu Advanced Functional Materials.

Kineska metoda štampanja u fazi tekućeg metala

2016. istraživači sa Harvarda predstavili su još jednu metodu koja može stvoriti XNUMXD metalne strukture. štampano "u vazduhu". Univerzitet Harvard kreirao je 3D štampač koji, za razliku od drugih, ne stvara objekte sloj po sloj, već stvara složene strukture "u vazduhu" - od trenutno zamrznutog metala. Uređaj, razvijen na Školi za inženjerstvo i primijenjene nauke John A. Paulson, štampa objekte koristeći nanočestice srebra. Fokusirani laser zagrijava materijal i spaja ga, stvarajući različite strukture kao što je spirala.

Tržišna potražnja za visoko preciznim 3D štampanim potrošačkim proizvodima kao što su medicinski implantati i dijelovi avionskih motora brzo raste. A budući da se podaci o proizvodima mogu dijeliti s drugima, kompanije širom svijeta, ako imaju pristup metalnom prahu i pravom 3D štampaču, mogu raditi na smanjenju troškova logistike i zaliha. Kao što znate, opisane tehnologije uvelike olakšavaju proizvodnju metalnih dijelova složene geometrije, ispred tradicionalnih proizvodnih tehnologija. Razvoj specijalizovanih aplikacija će verovatno dovesti do nižih cena i otvorenosti za upotrebu 3D štampanja iu konvencionalnim aplikacijama.

Najtvrđi švedski čelik - za 3D štampanje:

Najtvrđi čelik na svijetu - proizveden u Uppsali, Švedska

Aluminijumska folija za štampu: 

Proboj u metalurgiji: 3D štampa aluminijuma visoke čvrstoće