Ateitis milteliuose

Švedijos įmonė VBN Components plieno gaminius gamina naudodama priedų technologijas, naudodama miltelius su priedais, daugiausia įrankius, tokius kaip grąžtai ir frezos. 3D spausdinimo technologija pašalina kalimo ir apdirbimo poreikį, sumažina žaliavų sąnaudas, o galutiniams vartotojams suteikia platesnį aukštos kokybės medžiagų pasirinkimą.

Į VBN komponentų pasiūlą įeina pvz. Vibenitas 290kuris, Švedijos kompanijos teigimu, yra kiečiausias plienas pasaulyje (72 HRC). Vibenite 290 kūrimo procesas yra palaipsniui didinti medžiagų kietumą iki. Iš šios žaliavos atspausdinus norimas dalis, nereikia jokio kito apdorojimo, išskyrus šlifavimą arba EDM. Nereikia pjauti, frezuoti ar gręžti. Taigi įmonė kuria iki 200 x 200 x 380 mm matmenų detales, kurių geometrijos negalima pagaminti naudojant kitas gamybos technologijas.

Plienas ne visada reikalingas. „HRL Laboratories“ tyrimų grupė sukūrė 3D spausdinimo sprendimą. aliuminio lydiniai su dideliu stiprumu. Tai vadinama nanofunkcinis metodas. Paprasčiau tariant, nauja technika susideda iš specialių nanofunkcinių miltelių uždėjimo ant 3D spausdintuvo, kurie vėliau „sukepinami“ lazeriu plonais sluoksniais, o tai lemia trimačio objekto augimą. Lydymosi ir kietėjimo metu susidariusios struktūros nesunaikinamos ir išsaugo visą savo stiprumą dėl nanodalelių, kurios veikia kaip numatytos lydinio mikrostruktūros branduolių susidarymo centrai.

Didelio stiprumo lydiniai, tokie kaip aliuminis, plačiai naudojami sunkiojoje pramonėje, aviacijos (pvz., fiuzeliažo) technologijose ir automobilių dalyse. Nauja nanofunkcionalizacijos technologija suteikia jiems ne tik didelio stiprumo, bet ir įvairių formų bei dydžių.

Sudėjimas vietoj atimties

Taikant tradicinius metalo apdirbimo būdus, atliekos pašalinamos apdirbant. Priedo procesas veikia atvirkščiai – jį sudaro nedidelio kiekio medžiagos sluoksnių uždėjimas ir pridėjimas, sukuriant beveik bet kokios formos XNUMXD dalis remiantis skaitmeniniu modeliu.

Nors ši technika jau plačiai naudojama tiek prototipų kūrimui, tiek modelių liejimui, ją tiesiogiai panaudoti gaminant rinkai skirtas prekes ar įrenginius buvo sunku dėl mažo efektyvumo ir nepatenkinamų medžiagų savybių. Tačiau ši situacija pamažu keičiasi dėl daugelio pasaulio centrų mokslininkų darbo.

Kruopščiai eksperimentuojant buvo patobulintos dvi pagrindinės XNUMXD spausdinimo technologijos: metalo nusodinimas lazeriu (LMD) i selektyvus lazerinis lydymas (ULM). Lazerinė technologija leidžia tiksliai sukurti smulkias detales ir išgauti gerą paviršiaus kokybę, o tai neįmanoma naudojant 50D elektronų pluošto spausdinimą (EBM). SLM lazerio spindulio taškas nukreipiamas į medžiagos miltelius, lokaliai suvirinant pagal nurodytą modelį 250–3 mikronų tikslumu. Savo ruožtu LMD miltelius apdoroja lazeriu, kad sukurtų savarankiškas XNUMXD struktūras.

Šie metodai pasirodė esantys labai perspektyvūs kuriant orlaivių dalis. o ypač lazerinio metalo nusodinimo taikymas išplečia aerokosminių komponentų projektavimo galimybes. Jie gali būti pagaminti iš medžiagų, turinčių sudėtingą vidinę struktūrą ir gradientus, kurių anksčiau nebuvo įmanoma. Be to, abi lazerinės technologijos leidžia sukurti sudėtingos geometrijos gaminius ir išplėsti gaminių funkcionalumą iš įvairių lydinių.

Praėjusį rugsėjį „Airbus“ paskelbė, kad savo produkcijos A350 XWB įrengė papildomą spausdinimą. titano laikiklis, gamintojas Arconic. Tai dar ne pabaiga, nes „Arconic“ sutartis su „Airbus“ numato 3D spausdinimą iš titano-nikelio miltelių. kūno dalys i varomoji sistema. Tačiau reikia pažymėti, kad „Arconic“ naudoja ne lazerinę technologiją, o savo patobulintą EBM elektroninio lanko versiją.

Tikėtina, kad vienas iš etapų plėtojant priedų technologijas metalo apdirbime bus pirmasis prototipas, 2017 metų rudenį pristatytas Olandijos Damen Shipyards Group būstinėje. laivo propeleris vardu pavadintas metalo lydinys VAAMpelleris. Po atitinkamų bandymų, kurių dauguma jau įvyko, modelis turi galimybę būti patvirtintas naudoti laivuose.

Kadangi metalo apdirbimo technologijų ateitis slypi nerūdijančio plieno milteliuose ar lydinių komponentuose, verta susipažinti su pagrindiniais šios rinkos žaidėjais. Pagal 2017 m. lapkritį paskelbtą „Priedų gamybos metalo miltelių rinkos ataskaitą“, svarbiausi 3D spausdinimo metalo miltelių gamintojai yra: 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.

Propelerio spausdinimas WAAMpelleris

Skysta fazė

Šiuo metu žinomiausios metalo priedų technologijos remiasi miltelių (taip sukuriamas minėtasis vibenitas) „sukepinimu“ ir lazeriu lydant aukštoje pradinei medžiagai reikalingoje temperatūroje. Tačiau atsiranda naujų koncepcijų. Tyrėjai iš Kinijos mokslų akademijos Kriobiomedicininės inžinerijos laboratorijos Pekine sukūrė metodą 3D spausdinimas su "rašalu", sudarytas iš metalo lydinio, kurio lydymosi temperatūra šiek tiek aukštesnė už kambario temperatūrą. Žurnale „Science China Technological Sciences“ paskelbtame tyrime mokslininkai Liu Jing ir Wang Lei demonstruoja galio, bismuto ar indžio lydinių skystosios fazės spausdinimo metodą, pridedant nanodalelių.

Lyginant su tradiciniais metalo prototipų kūrimo metodais, skystosios fazės 3D spausdinimas turi keletą svarbių pranašumų. Pirma, galima pasiekti gana didelį trimačių konstrukcijų gamybos greitį. Be to, čia galima lanksčiau reguliuoti aušinimo skysčio temperatūrą ir srautą. Be to, skystas laidus metalas gali būti naudojamas kartu su nemetalinėmis medžiagomis (pvz., plastikais), o tai išplečia sudėtingų komponentų projektavimo galimybes.

Amerikos šiaurės vakarų universiteto mokslininkai taip pat sukūrė naują metalo 3D spausdinimo techniką, kuri yra pigesnė ir ne tokia sudėtinga nei buvo žinoma anksčiau. Vietoj metalo miltelių, lazerių ar elektronų pluoštų, jis naudoja įprastinė orkaitė i skysta medžiaga. Be to, šis metodas puikiai tinka įvairiems metalams, lydiniams, junginiams ir oksidams. Tai panašu į purkštukų sandariklį, kurį žinome su plastiku. „Rašalas“ susideda iš metalo miltelių, ištirpintų specialioje medžiagoje, pridedant elastomero. Taikymo metu jis yra kambario temperatūros. Po to medžiagos sluoksnis, užteptas iš antgalio, yra sukepinamas su ankstesniais sluoksniais aukštesnėje krosnyje sukuriamoje temperatūroje. Technika aprašyta specializuotame žurnale Advanced Functional Materials.

Kinijos skystojo metalo fazės spausdinimo metodas

2016 metais Harvardo mokslininkai pristatė dar vieną metodą, kuriuo galima sukurti XNUMXD metalines konstrukcijas. išspausdinta "ore". Harvardo universitetas sukūrė 3D spausdintuvą, kuris, priešingai nei kiti, nekuria objektų sluoksnis po sluoksnio, o sukuria sudėtingas struktūras „ore“ – iš akimirksniu užšąlančio metalo. Prietaisas, sukurtas John A. Paulson inžinerijos ir taikomųjų mokslų mokykloje, spausdina objektus naudodamas sidabro nanodaleles. Fokusuotas lazeris šildo medžiagą ir ją sulydo, sukurdamas įvairias struktūras, tokias kaip spiralė.

Didelio tikslumo 3D spausdinimo plataus vartojimo produktų, tokių kaip medicininiai implantai ir orlaivių variklių dalys, paklausa rinkoje sparčiai auga. Kadangi produktų duomenimis galima dalytis su kitais, įmonės visame pasaulyje, jei turi prieigą prie metalo miltelių ir tinkamo 3D spausdintuvo, gali sumažinti logistikos ir atsargų išlaidas. Kaip žinoma, aprašytos technologijos labai palengvina sudėtingos geometrijos metalinių dalių gamybą, lenkia tradicines gamybos technologijas. Tikėtina, kad kuriant specializuotas programas sumažės kainos ir atsiras galimybė naudoti 3D spausdinimą ir įprastose programose.

Kiečiausias švediškas plienas – skirtas 3D spausdinimui:

Kiečiausias plienas pasaulyje – pagamintas Upsaloje, Švedijoje

Aliuminio plėvelė spausdinimui: 

Proveržis metalurgijoje: 3D spausdinimas iš didelio stiprumo aliuminio