Budúcnosť v prášku

Švédska spoločnosť VBN Components vyrába oceľové výrobky pomocou aditívnych technológií s použitím prášku s prísadami, najmä nástrojov ako sú vrtáky a frézy. Technológia 3D tlače eliminuje potrebu kovania a obrábania, znižuje spotrebu surovín a poskytuje koncovým používateľom širší výber vysokokvalitných materiálov.

Ponuka komponentov VBN zahŕňa napr. Vibenite 290čo je podľa švédskej spoločnosti najtvrdšia oceľ na svete (72 HRC). Procesom tvorby Vibenite 290 je postupné zvyšovanie tvrdosti materiálov až. Akonáhle sú požadované diely vytlačené z tejto suroviny, nie je potrebné žiadne ďalšie spracovanie okrem brúsenia alebo EDM. Nie je potrebné žiadne rezanie, frézovanie alebo vŕtanie. Spoločnosť tak vytvára diely s rozmermi do 200 x 200 x 380 mm, ktorých geometriu nie je možné vyrobiť inými výrobnými technológiami.

Oceľ nie je vždy potrebná. Výskumný tím z HRL Laboratories vyvinul riešenie 3D tlače. hliníkových zliatin s vysokou pevnosťou. To sa nazýva nanofunkčná metóda. Zjednodušene povedané, nová technika spočíva v nanesení špeciálnych nanofunkčných práškov do 3D tlačiarne, ktoré sú následne laserom „spekané“ tenkými vrstvami, čo vedie k rastu trojrozmerného objektu. Počas tavenia a tuhnutia sa výsledné štruktúry neničia a zachovávajú si svoju plnú pevnosť vďaka tomu, že nanočastice pôsobia ako nukleačné centrá pre zamýšľanú mikroštruktúru zliatiny.

Vysokopevnostné zliatiny, ako je hliník, sú široko používané v ťažkom priemysle, leteckej (napr. trupovej) technike a automobilových súčiastkach. Nová technológia nanofunkcionalizácie im dodáva nielen vysokú pevnosť, ale aj rozmanitosť tvarov a veľkostí.

Sčítanie namiesto odčítania

Pri tradičných metódach spracovania kovov sa odpadový materiál odstraňuje obrábaním. Aditívny proces funguje opačne – spočíva v nanášaní a pridávaní postupných vrstiev malého množstva materiálu, čím vznikajú XNUMXD diely takmer akéhokoľvek tvaru na základe digitálneho modelu.

Aj keď je táto technika už široko používaná ako pri prototypovaní, tak aj pri odlievaní modelov, jej využitie priamo pri výrobe tovarov či zariadení určených pre trh bolo náročné pre nízku efektivitu a nevyhovujúce materiálové vlastnosti. Táto situácia sa však postupne mení vďaka práci výskumníkov v mnohých centrách po celom svete.

Prostredníctvom usilovného experimentovania boli vylepšené dve hlavné technológie tlače XNUMXD: laserové nanášanie kovov (LMD) i selektívne tavenie laserom (ULM). Laserová technológia umožňuje presne vytvárať jemné detaily a získať dobrú kvalitu povrchu, čo pri 50D elektrónovej tlači (EBM) nie je možné. Pri SLM je bod laserového lúča nasmerovaný na prášok materiálu, ktorý sa lokálne zvára podľa daného vzoru s presnosťou 250 až 3 mikróny. LMD zase používa laser na spracovanie prášku na vytvorenie samonosných XNUMXD štruktúr.

Tieto metódy sa ukázali ako veľmi sľubné pri výrobe častí lietadiel. a najmä aplikácia laserového nanášania kovov rozširuje možnosti dizajnu leteckých komponentov. Môžu byť vyrobené z materiálov so zložitými vnútornými štruktúrami a sklonmi, ktoré v minulosti neboli možné. Obidve laserové technológie navyše umožňujú vytvárať produkty komplexnej geometrie a získať rozšírenú funkčnosť produktov zo širokej škály zliatin.

V septembri minulého roka Airbus oznámil, že vybavil svoj sériový A350 XWB aditívnou tlačou. titánový držiak, vyrobený spoločnosťou Arconic. Toto nie je koniec, pretože zmluva Arconicu s Airbusom počíta s 3D tlačou z titán-niklového prášku. časti tela i pohonný systém. Treba si však uvedomiť, že Arconic nepoužíva laserovú technológiu, ale vlastnú vylepšenú verziu elektronického oblúka EBM.

Jedným z míľnikov vo vývoji aditívnych technológií v kovoobrábaní bude pravdepodobne vôbec prvý prototyp predstavený v sídle holandskej skupiny Damen Shipyards Group na jeseň 2017. lodná vrtuľa kovová zliatina pomenovaná po VAAMpeller. Po príslušných testoch, z ktorých väčšina už prebehla, má model šancu byť schválený na použitie na palube lodí.

Keďže budúcnosť technológie obrábania kovov spočíva v práškoch z nehrdzavejúcej ocele alebo zliatinových komponentoch, stojí za to spoznať hlavných hráčov na tomto trhu. Podľa "Additive Manufacturing Metal Powder Market Report" zverejnenej v novembri 2017 sú najvýznamnejšími výrobcami kovových práškov pre 3D tlač: 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.

Tlač vrtule WAAMpeller

Kvapalná fáza

Najznámejšie technológie kovových aditív sa v súčasnosti spoliehajú na použitie práškov (takto vzniká spomínaný vibenit) „spekaných“ a tavených laserom pri vysokých teplotách potrebných pre východiskový materiál. Objavujú sa však nové koncepty. Vedci z Laboratória kryobiomedického inžinierstva Čínskej akadémie vied v Pekingu vyvinuli metódu 3D tlač s "atramentom", pozostávajúce z kovovej zliatiny s teplotou topenia mierne nad teplotou miestnosti. V štúdii publikovanej v časopise Science China Technological Sciences výskumníci Liu Jing a Wang Lei demonštrujú techniku ​​tlače zliatin na báze gália, bizmutu alebo india v kvapalnej fáze s pridaním nanočastíc.

V porovnaní s tradičnými metódami prototypovania kovov má 3D tlač v kvapalnej fáze niekoľko dôležitých výhod. Po prvé, možno dosiahnuť relatívne vysokú rýchlosť výroby trojrozmerných štruktúr. Okrem toho tu môžete flexibilnejšie upravovať teplotu a prietok chladiacej kvapaliny. Okrem toho je možné použiť tekutý vodivý kov v kombinácii s nekovovými materiálmi (ako sú plasty), čo rozširuje možnosti konštrukcie zložitých komponentov.

Vedci z Americkej Northwestern University tiež vyvinuli novú techniku ​​3D tlače z kovu, ktorá je lacnejšia a menej zložitá, než sa doteraz vedelo. Namiesto kovového prášku používa lasery alebo elektrónové lúče konvenčná rúra i tekutý materiál. Okrem toho metóda funguje dobre pre širokú škálu kovov, zliatin, zlúčenín a oxidov. Je to obdoba tesnenia trysky, ako ho poznáme pri plastoch. "Atrament" pozostáva z kovového prášku rozpusteného v špeciálnej látke s prídavkom elastoméru. V čase aplikácie má izbovú teplotu. Potom sa vrstva materiálu nanesená z dýzy speká s predchádzajúcimi vrstvami pri zvýšenej teplote vytvorenej v peci. Technika je opísaná v špecializovanom časopise Advanced Functional Materials.

Čínska metóda tlače s tekutým kovom

V roku 2016 vedci z Harvardu predstavili ďalšiu metódu, ktorá dokáže vytvárať XNUMXD kovové konštrukcie. vytlačené „vo vzduchu“. Harvardská univerzita vytvorila 3D tlačiareň, ktorá na rozdiel od iných nevytvára predmety vrstvu po vrstve, ale vytvára zložité štruktúry „vo vzduchu“ – z okamžite mraziaceho kovu. Zariadenie vyvinuté na John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences tlačí objekty pomocou nanočastíc striebra. Zaostrený laser ohrieva materiál a spája ho, čím vytvára rôzne štruktúry, ako napríklad špirálu.

Trhový dopyt po vysoko presných 3D tlačených spotrebných produktoch, ako sú lekárske implantáty a časti leteckých motorov, rýchlo rastie. A keďže údaje o produktoch možno zdieľať s ostatnými, spoločnosti po celom svete, ak majú prístup ku kovovému prášku a správnej 3D tlačiarni, môžu pracovať na znížení nákladov na logistiku a zásoby. Ako je známe, opísané technológie značne uľahčujú výrobu kovových častí komplexnej geometrie pred tradičnými výrobnými technológiami. Rozvoj špecializovaných aplikácií pravdepodobne povedie k nižším cenám a otvorenosti pre využitie 3D tlače aj v konvenčných aplikáciách.

Najtvrdšia švédska oceľ – pre 3D tlač:

Najtvrdšia oceľ na svete - vyrobená vo švédskej Uppsale

Hliníková fólia na tlač: 

Prelom v metalurgii: 3D tlač vysokopevnostného hliníka