Tulevik pulbrina

Rootsi ettevõte VBN Components toodab terastooteid, kasutades lisanditehnoloogiaid, kasutades pulbrit koos lisanditega, peamiselt tööriistu nagu puurid ja freesid. 3D-printimise tehnoloogia välistab sepistamise ja mehaanilise töötlemise vajaduse, vähendab toorainekulu ning annab lõppkasutajatele laiema valiku kvaliteetseid materjale.

VBN komponentide pakkumine sisaldab nt. Vibenite 290mis on Rootsi ettevõtte sõnul maailma kõvem teras (72 HRC). Vibenite 290 loomise protsessi eesmärk on järk-järgult suurendada materjalide kõvadust kuni. Kui soovitud osad on sellest toorainest trükitud, pole vaja muud töötlemist peale lihvimise või EDM-i. Lõikamine, freesimine või puurimine pole vajalik. Seega loob ettevõte detaile mõõtudega kuni 200 x 200 x 380 mm, mille geomeetriat ei ole võimalik toota teisi tootmistehnoloogiaid kasutades.

Terast pole alati vaja. HRL Laboratoriesi uurimisrühm on välja töötanud 3D-printimise lahenduse. alumiiniumi sulamid suure tugevusega. Seda nimetatakse nanofunktsionaalne meetod. Lihtsamalt öeldes seisneb uus tehnika spetsiaalsete nanofunktsionaalsete pulbrite kandmises 3D-printerile, mis seejärel laseriga õhukeste kihtidega “paagutatakse”, mis viib ruumilise objekti kasvuni. Sulamisel ja tahkumisel tekkivad struktuurid ei hävine ja säilitavad oma täieliku tugevuse tänu nanoosakestele, mis toimivad sulami kavandatud mikrostruktuuri tuumakeskustena.

Kõrgtugevaid sulameid nagu alumiinium on laialdaselt kasutusel rasketööstuses, lennunduses (nt kere) tehnoloogias ja autode osades. Uus nanofunktsionaliseerimise tehnoloogia annab neile mitte ainult suure tugevuse, vaid ka erineva kuju ja suurusega.

Lahutamise asemel liitmine

Traditsiooniliste metallitöötlemismeetodite puhul eemaldatakse jääkmaterjal töötlemise teel. Lisamisprotsess toimib vastupidiselt – see seisneb väikese koguse materjali järjestikuste kihtide pealekandmises ja lisamises, luues digitaalse mudeli põhjal peaaegu igasuguse kujuga XNUMXD-osi.

Kuigi seda tehnikat kasutatakse juba laialdaselt nii prototüüpimiseks kui ka mudelivalamiseks, on selle kasutamine otse turule mõeldud kaupade või seadmete tootmisel olnud madala efektiivsuse ja ebarahuldavate materjaliomaduste tõttu raskendatud. See olukord on aga tasapisi muutumas tänu teadlaste tööle paljudes maailma keskustes.

Läbi hoolika katsetamise on XNUMXD printimise kahte peamist tehnoloogiat täiustatud: metalli lasersadestamine (LMD) i selektiivne lasersulatamine (ULM). Lasertehnoloogia võimaldab täpselt luua peeneid detaile ja saada head pinnakvaliteeti, mida 50D elektronkiirprintimise (EBM) puhul pole võimalik teha. SLM-is suunatakse laserkiire ots materjali pulbrile, keevitades selle lokaalselt etteantud mustri järgi täpsusega 250 kuni 3 mikronit. LMD omakorda kasutab laserit pulbri töötlemiseks, et luua isekandvad XNUMXD-struktuurid.

Need meetodid on osutunud lennukiosade loomisel väga paljutõotavateks. ja eelkõige laiendab metallide lasersadestamise rakendamine kosmosekomponentide projekteerimisvõimalusi. Neid saab valmistada materjalidest, mille sisemine struktuur ja kalded ei olnud varem võimalikud. Lisaks võimaldavad mõlemad lasertehnoloogiad luua keeruka geomeetriaga tooteid ja saada toodete laiendatud funktsionaalsust paljudest sulamitest.

Möödunud aasta septembris teatas Airbus, et varustas oma A350 XWB toodangu lisatrükiga. titaanist kronstein, tootja Arconic. See ei ole veel lõpp, sest Arconicu leping Airbusiga näeb ette 3D-printimise titaan-nikli pulbrist. kehaosad i tõukejõusüsteem. Siiski tuleb märkida, et Arconic ei kasuta lasertehnoloogiat, vaid enda täiustatud EBM-i elektroonilise kaare versiooni.

Üheks verstapostiks metallitöötlemise lisandite tehnoloogiate arendamisel on tõenäoliselt 2017. aasta sügisel Hollandi Damen Shipyards Groupi peakorteris esitletud esimene prototüüp. laeva propeller järgi nime saanud metallisulam VAAMpeller. Pärast vastavaid katseid, millest enamik on juba toimunud, on mudelil võimalus saada heakskiit laevadel kasutamiseks.

Kuna metallitöötlemise tehnoloogia tulevik peitub roostevaba terase pulbrites või sulamikomponentides, tasub tutvuda selle turu suurtegijatega. 2017. aasta novembris avaldatud "Additive Manufacturing Metal Powder Market Report" järgi on olulisemad 3D-trüki metallipulbrite tootjad: 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.

Propelleri trükk WAAMpeller

Vedel faas

Tuntumad metallilisandite tehnoloogiad tuginevad praegu pulbrite (nii tekibki eelmainitud vibeniit) kasutamisele, mis on "paagutatud" ja lasersulatatud lähtematerjaliks vajalikel kõrgetel temperatuuridel. Siiski tekivad uued kontseptsioonid. Pekingis asuva Hiina Teaduste Akadeemia krüobiomeditsiinitehnika labori teadlased on välja töötanud meetodi 3D printimine "tindiga", mis koosneb metallisulamist, mille sulamistemperatuur on veidi üle toatemperatuuri. Ajakirjas Science China Technological Sciences avaldatud uuringus demonstreerivad teadlased Liu Jing ja Wang Lei meetodit galliumi, vismuti või indiumipõhiste sulamite vedelfaasiliseks trükkimiseks nanoosakeste lisamisega.

Võrreldes traditsiooniliste metalliprototüüpide valmistamise meetoditega on vedelfaasilisel 3D-printimisel mitmeid olulisi eeliseid. Esiteks on võimalik saavutada suhteliselt kõrge kolmemõõtmeliste struktuuride valmistamise määr. Lisaks saate siin paindlikumalt reguleerida jahutusvedeliku temperatuuri ja voolu. Lisaks saab vedelat juhtivat metalli kasutada koos mittemetalliliste materjalidega (näiteks plastiga), mis avardab keerukate komponentide disainivõimalusi.

Ameerika Northwesterni ülikooli teadlased on välja töötanud ka uue metallist 3D-printimise tehnika, mis on seni teadaolevast odavam ja vähem keerukas. Metallipulbri, laserite või elektronkiirte asemel kasutab see tavapärane ahi i vedel materjal. Lisaks töötab meetod hästi paljude metallide, sulamite, ühendite ja oksiidide puhul. See on sarnane düüsitihendiga, mida me plastide puhul tunneme. "Tint" koosneb metallipulbrist, mis on lahustatud spetsiaalses aines, millele on lisatud elastomeeri. Pealekandmise ajal on see toatemperatuuril. Pärast seda paagutatakse otsikust kantud materjalikiht eelmiste kihtidega ahjus tekitatud kõrgendatud temperatuuril. Seda tehnikat kirjeldatakse spetsiaalses ajakirjas Advanced Functional Materials.

Hiina vedelmetallist faasitrükkimise meetod

2016. aastal tutvustasid Harvardi teadlased veel üht meetodit, millega saab luua XNUMXD metallkonstruktsioone. trükitud "õhus". Harvardi ülikool on loonud 3D-printeri, mis erinevalt teistest ei loo objekte kiht-kihi haaval, vaid loob keerulisi struktuure "õhus" – koheselt külmuvast metallist. John A. Paulsoni tehnika- ja rakendusteaduste koolis välja töötatud seade prindib objekte hõbeda nanoosakeste abil. Fokuseeritud laser soojendab materjali ja sulatab selle, luues erinevaid struktuure, näiteks spiraali.

Turunõudlus ülitäpsete 3D-prinditud tarbekaupade, nagu meditsiinilised implantaadid ja lennukimootorite osad, järele kasvab kiiresti. Ja kuna tooteandmeid saab teistega jagada, saavad ettevõtted üle maailma, kui neil on juurdepääs metallipulbrile ja õigele 3D-printerile, töötada logistika- ja laokulude vähendamise nimel. Nagu teada, hõlbustavad kirjeldatud tehnoloogiad oluliselt keeruka geomeetriaga metallosade valmistamist, edestades traditsioonilisi tootmistehnoloogiaid. Spetsialiseeritud rakenduste arendamine toob tõenäoliselt kaasa madalamad hinnad ja avatuse 3D-printimise kasutamisele ka tavarakendustes.

Rootsi kõige kõvem teras – 3D-printimiseks:

Maailma kõvem teras – valmistatud Uppsalas, Rootsis

Alumiiniumkile printimiseks: 

Läbimurre metallurgias: ülitugevast alumiiniumist 3D-printimine