Nākotne pulverī

Zviedru uzņēmums VBN Components ražo tērauda izstrādājumus, izmantojot piedevu tehnoloģijas, izmantojot pulveri ar piedevām, galvenokārt instrumentus, piemēram, urbjus un frēzes. 3D drukas tehnoloģija novērš nepieciešamību pēc kalšanas un apstrādes, samazina izejvielu patēriņu un nodrošina galalietotājiem plašāku augstas kvalitātes materiālu izvēli.

VBN komponentu piedāvājumā ietilpst piem. Vībenīte 290kas saskaņā ar zviedru uzņēmuma datiem ir cietākais tērauds pasaulē (72 HRC). Vibenite 290 tapšanas process ir pakāpeniski palielināt materiālu cietību līdz. Kad no šī izejmateriāla ir izdrukātas vēlamās detaļas, nav nepieciešama nekāda cita apstrāde, izņemot slīpēšanu vai EDM. Nav nepieciešama griešana, frēzēšana vai urbšana. Tādējādi uzņēmums veido detaļas ar izmēriem līdz 200 x 200 x 380 mm, kuru ģeometriju nevar izgatavot, izmantojot citas ražošanas tehnoloģijas.

Tērauds ne vienmēr ir vajadzīgs. Pētnieku grupa no HRL Laboratories ir izstrādājusi 3D drukas risinājumu. alumīnija sakausējumi ar augstu izturību. Tas tiek saukts nanofunkcionālā metode. Vienkārši sakot, jaunā tehnika sastāv no īpašu nanofunkcionālu pulveru uzklāšanas uz 3D printera, kas pēc tam tiek “saķepināts” ar lāzera plāniem slāņiem, kas noved pie trīsdimensiju objekta augšanas. Kušanas un sacietēšanas laikā iegūtās struktūras netiek iznīcinātas un pilnībā saglabā savu izturību, jo nanodaļiņas darbojas kā kodolu veidošanas centri paredzētajai sakausējuma mikrostruktūrai.

Augstas stiprības sakausējumi, piemēram, alumīnijs, tiek plaši izmantoti smagajā rūpniecībā, aviācijas (piemēram, fizelāžas) tehnoloģijās un automobiļu detaļās. Jaunā nanofunkcionalizācijas tehnoloģija tiem piešķir ne tikai augstu izturību, bet arī dažādas formas un izmērus.

Saskaitīšana atņemšanas vietā

Tradicionālajās metālapstrādes metodēs atkritumi tiek noņemti, apstrādājot. Piedevu process darbojas apgriezti – tas sastāv no neliela materiāla daudzuma secīgu slāņu uzklāšanas un pievienošanas, pēc digitālā modeļa izveidojot gandrīz jebkuras formas XNUMXD daļas.

Lai gan šo paņēmienu jau plaši izmanto gan prototipu veidošanai, gan modeļu liešanai, tās izmantošana tieši tirgum paredzētu preču vai ierīču ražošanā ir bijusi apgrūtināta zemās efektivitātes un neapmierinošo materiāla īpašību dēļ. Tomēr šī situācija pakāpeniski mainās, pateicoties pētnieku darbam daudzos centros visā pasaulē.

Rūpīgi eksperimentējot, ir uzlabotas divas galvenās XNUMXD drukāšanas tehnoloģijas: metāla uzklāšana ar lāzeru (LMD) i selektīva lāzerkausēšana (ULM). Lāzera tehnoloģija ļauj precīzi izveidot smalkas detaļas un iegūt labu virsmas kvalitāti, kas nav iespējams ar 50D elektronu staru druku (EBM). SLM lāzera stara punkts tiek novirzīts uz materiāla pulveri, lokāli metinot to atbilstoši noteiktam modelim ar precizitāti no 250 līdz 3 mikroniem. Savukārt pulvera apstrādei LMD izmanto lāzeru, lai izveidotu pašnesošas XNUMXD struktūras.

Šīs metodes ir izrādījušās ļoti daudzsološas gaisa kuģu detaļu radīšanai. un jo īpaši metāla lāzera uzklāšana paplašina kosmosa komponentu projektēšanas iespējas. Tos var izgatavot no materiāliem ar sarežģītām iekšējām struktūrām un gradientiem, kas agrāk nebija iespējami. Turklāt abas lāzertehnoloģijas ļauj radīt sarežģītas ģeometrijas izstrādājumus un iegūt paplašinātu izstrādājumu funkcionalitāti no plaša sakausējumu klāsta.

Pagājušā gada septembrī Airbus paziņoja, ka ir aprīkojis savu ražoto A350 XWB ar papilddruku. titāna kronšteins, ko ražo Arconic. Tās vēl nav beigas, jo Arconic līgums ar Airbus paredz 3D drukāšanu no titāna-niķeļa pulvera. ķermeņa daļas i piedziņas sistēma. Tomēr jāņem vērā, ka Arconic neizmanto lāzertehnoloģiju, bet gan savu uzlaboto EBM elektroniskā loka versiju.

Viens no pagrieziena punktiem piedevu tehnoloģiju attīstībā metālapstrādē, visticamāk, būs pirmais prototips, kas 2017. gada rudenī tika prezentēts Holandes Damen Shipyards Group galvenajā mītnē. kuģa dzenskrūve vārdā nosauktais metāla sakausējums VAAMpellers. Pēc atbilstošām pārbaudēm, no kurām lielākā daļa jau ir notikušas, modelim ir iespēja tikt apstiprinātam lietošanai uz kuģiem.

Tā kā metālapstrādes tehnoloģiju nākotne ir nerūsējošā tērauda pulveros vai sakausējuma komponentos, ir vērts iepazīt šī tirgus lielākos spēlētājus. Saskaņā ar 2017. gada novembrī publicēto "Piedevu ražošanas metāla pulvera tirgus pārskatu" nozīmīgākie 3D drukas metāla pulveru ražotāji ir: 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.

Propellera apdruka WAAMpeller

Šķidrā fāze

Pazīstamākās metālu piedevu tehnoloģijas šobrīd balstās uz pulveru izmantošanu (tā rodas iepriekš minētais vibenīts), kas tiek "saķepināti" un ar lāzeru kausēti izejmateriālam nepieciešamās augstās temperatūrās. Tomēr parādās jauni jēdzieni. Pētnieki no Ķīnas Zinātņu akadēmijas Kriobiomedicīnas inženierijas laboratorijas Pekinā ir izstrādājuši metodi 3D druka ar "tinti", kas sastāv no metāla sakausējuma ar kušanas temperatūru nedaudz virs istabas temperatūras. Pētījumā, kas publicēts žurnālā Science China Technological Sciences, pētnieki Liu Jing un Wang Lei demonstrē paņēmienu gallija, bismuta vai indija sakausējumu šķidrās fāzes drukāšanai, pievienojot nanodaļiņas.

Salīdzinot ar tradicionālajām metāla prototipēšanas metodēm, šķidrās fāzes 3D drukāšanai ir vairākas svarīgas priekšrocības. Pirmkārt, var sasniegt salīdzinoši augstu trīsdimensiju konstrukciju izgatavošanas ātrumu. Turklāt šeit jūs varat elastīgāk pielāgot dzesēšanas šķidruma temperatūru un plūsmu. Turklāt šķidru vadošu metālu var izmantot kombinācijā ar nemetāliskiem materiāliem (piemēram, plastmasu), kas paplašina sarežģītu komponentu dizaina iespējas.

Zinātnieki no Amerikas Ziemeļrietumu universitātes ir arī izstrādājuši jaunu metāla 3D drukāšanas paņēmienu, kas ir lētāks un mazāk sarežģīts nekā iepriekš zināms. Metāla pulvera, lāzeru vai elektronu staru vietā tas izmanto parastā krāsns i šķidrs materiāls. Turklāt šī metode labi darbojas dažādiem metāliem, sakausējumiem, savienojumiem un oksīdiem. Tas ir līdzīgs sprauslas blīvējumam, kādu mēs to pazīstam ar plastmasu. "Tinte" sastāv no metāla pulvera, kas izšķīdināts īpašā vielā, pievienojot elastomēru. Lietošanas laikā tas ir istabas temperatūrā. Pēc tam no sprauslas uzklātais materiāla slānis tiek saķepināts ar iepriekšējiem slāņiem paaugstinātā krāsnī radītā temperatūrā. Tehnika ir aprakstīta specializētajā žurnālā Advanced Functional Materials.

Ķīniešu šķidrā metāla fāzes drukāšanas metode

2016. gadā Hārvardas pētnieki ieviesa vēl vienu metodi, ar kuru var izveidot XNUMXD metāla konstrukcijas. drukāts "gaisā". Hārvardas universitāte ir radījusi 3D printeri, kas atšķirībā no citiem nerada objektus slāni pa slānim, bet gan rada sarežģītas struktūras "gaisā" – no momentāni sasalstoša metāla. Ierīce, kas izstrādāta John A. Paulson Inženierzinātņu un lietišķo zinātņu skolā, drukā objektus, izmantojot sudraba nanodaļiņas. Fokusētais lāzers uzsilda materiālu un sakausē to, veidojot dažādas struktūras, piemēram, spirāli.

Tirgus pieprasījums pēc augstas precizitātes 3D drukātiem patēriņa produktiem, piemēram, medicīniskiem implantiem un lidmašīnu dzinēju daļām, strauji pieaug. Un tā kā produktu datus var koplietot ar citiem, uzņēmumi visā pasaulē, ja tiem ir pieejams metāla pulveris un pareizais 3D printeris, var strādāt, lai samazinātu loģistikas un krājumu izmaksas. Kā zināms, aprakstītās tehnoloģijas ievērojami atvieglo sarežģītas ģeometrijas metāla detaļu izgatavošanu, apsteidzot tradicionālās ražošanas tehnoloģijas. Specializētu lietojumprogrammu izstrāde, visticamāk, novedīs pie zemākām cenām un atvērtības 3D drukas izmantošanai arī tradicionālajās lietojumprogrammās.

Cietākais zviedru tērauds 3D drukāšanai:

Cietākais tērauds pasaulē – ražots Upsalā, Zviedrijā

Alumīnija plēve drukāšanai: 

Izrāviens metalurģijā: 3D druka no augstas stiprības alumīnija