Masa depan dalam serbuk

Syarikat Sweden VBN Components menghasilkan produk keluli menggunakan teknologi aditif menggunakan serbuk dengan bahan tambahan, terutamanya alatan seperti gerudi dan pemotong pengilangan. Teknologi percetakan 3D menghapuskan keperluan untuk penempaan dan pemesinan, mengurangkan penggunaan bahan mentah, dan menyediakan pengguna akhir dengan pilihan bahan berkualiti tinggi yang lebih luas.

Tawaran komponen VBN termasuk cth. Vibenite 290yang, menurut syarikat Sweden, adalah keluli paling keras di dunia (72 HRC). Proses mencipta Vibenite 290 adalah untuk meningkatkan kekerasan bahan secara beransur-ansur sehingga. Setelah bahagian yang diingini dicetak daripada bahan mentah ini, tiada pemprosesan lanjut selain pengisaran atau EDM diperlukan. Tiada pemotongan, pengilangan atau penggerudian diperlukan. Oleh itu, syarikat mencipta bahagian dengan dimensi sehingga 200 x 200 x 380 mm, geometri yang tidak boleh dihasilkan menggunakan teknologi pembuatan lain.

Keluli tidak selalu diperlukan. Pasukan penyelidik dari HRL Laboratories telah membangunkan penyelesaian pencetakan 3D. aloi aluminium dengan kekuatan yang tinggi. Ia dikenali sebagai kaedah fungsi nano. Ringkasnya, teknik baharu ini terdiri daripada penggunaan serbuk fungsi nano khas pada pencetak 3D, yang kemudiannya "disinter" dengan lapisan nipis laser, yang membawa kepada pertumbuhan objek tiga dimensi. Semasa pencairan dan pemejalan, struktur yang terhasil tidak dimusnahkan dan mengekalkan kekuatan penuhnya kerana zarah nano bertindak sebagai pusat nukleasi untuk struktur mikro aloi yang dimaksudkan.

Aloi berkekuatan tinggi seperti aluminium digunakan secara meluas dalam industri berat, teknologi penerbangan (cth fiuslaj) dan alat ganti automotif. Teknologi baharu fungsi nano memberi mereka bukan sahaja kekuatan tinggi, tetapi juga pelbagai bentuk dan saiz.

Penambahan dan bukannya penolakan

Dalam kaedah kerja logam tradisional, bahan buangan dikeluarkan dengan pemesinan. Proses aditif berfungsi secara terbalik - ia terdiri daripada menggunakan dan menambah lapisan berturut-turut sejumlah kecil bahan, mencipta bahagian XNUMXD hampir semua bentuk berdasarkan model digital.

Walaupun teknik ini telah digunakan secara meluas untuk kedua-dua prototaip dan pemutus model, penggunaannya secara langsung dalam pengeluaran barangan atau peranti yang bertujuan untuk pasaran adalah sukar kerana kecekapan yang rendah dan sifat bahan yang tidak memuaskan. Walau bagaimanapun, keadaan ini berubah secara beransur-ansur berkat kerja penyelidik di banyak pusat di seluruh dunia.

Melalui percubaan yang teliti, dua teknologi utama pencetakan XNUMXD telah dipertingkatkan: pemendapan laser logam (LMD) i pencairan laser terpilih (ULM). Teknologi laser memungkinkan untuk mencipta butiran halus dengan tepat dan mendapatkan kualiti permukaan yang baik, yang tidak mungkin dilakukan dengan percetakan rasuk elektron (EBM) 50D. Dalam SLM, titik pancaran laser diarahkan ke serbuk bahan, mengimpalnya secara tempatan mengikut corak yang diberikan dengan ketepatan 250 hingga 3 mikron. Sebaliknya, LMD menggunakan laser untuk memproses serbuk untuk mencipta struktur XNUMXD yang menyokong diri.

Kaedah ini telah terbukti sangat menjanjikan untuk mencipta bahagian pesawat. dan, khususnya, penggunaan pemendapan logam laser mengembangkan kemungkinan reka bentuk untuk komponen aeroangkasa. Ia boleh dibuat daripada bahan dengan struktur dalaman yang kompleks dan kecerunan yang tidak mungkin berlaku pada masa lalu. Di samping itu, kedua-dua teknologi laser memungkinkan untuk mencipta produk geometri kompleks dan mendapatkan kefungsian lanjutan produk daripada pelbagai aloi.

September lalu, Airbus mengumumkan bahawa ia telah melengkapkan pengeluaran A350 XWB dengan percetakan tambahan. kurungan titanium, dikeluarkan oleh Arconic. Ini bukan penamat, kerana kontrak Arconic dengan Airbus menyediakan pencetakan 3D daripada serbuk titanium-nikel. bahagian badan i sistem pendorong. Walau bagaimanapun, perlu diingatkan bahawa Arconic tidak menggunakan teknologi laser, tetapi versi arka elektronik EBM yang dipertingkatkan sendiri.

Salah satu peristiwa penting dalam pembangunan teknologi aditif dalam kerja logam berkemungkinan merupakan prototaip pertama yang dibentangkan di ibu pejabat Dutch Damen Shipyards Group pada musim luruh 2017. kipas kapal aloi logam dinamakan selepas VAAMpeller. Selepas ujian yang sesuai, kebanyakannya telah berlaku, model itu mempunyai peluang untuk diluluskan untuk digunakan di atas kapal.

Memandangkan masa depan teknologi kerja logam terletak pada serbuk keluli tahan karat atau komponen aloi, adalah berbaloi untuk mengenali pemain utama dalam pasaran ini. Menurut "Laporan Pasaran Serbuk Logam Pengilangan Tambahan" yang diterbitkan pada November 2017, pengeluar serbuk logam cetakan 3D yang paling penting ialah: GKN, Kimia Hitachi, Rio Tinto, Logam Serbuk ATI, Praxair, Arconic, Sandvik AB, Renishaw, Höganäs AB , Metaldyne Performance Group, BÖHLER Edelstahl, Carpenter Technology Corporation, Aubert & Duval.

Cetakan baling-baling WAAMpeller

Fasa cecair

Teknologi aditif logam yang paling terkenal pada masa ini bergantung pada penggunaan serbuk (beginilah cara vibenit yang disebutkan di atas dicipta) "disinter" dan bercantum laser pada suhu tinggi yang diperlukan untuk bahan permulaan. Walau bagaimanapun, konsep baru muncul. Penyelidik dari Makmal Kejuruteraan Cryobiomedical Akademi Sains China di Beijing telah membangunkan satu kaedah Percetakan 3D dengan "dakwat", terdiri daripada aloi logam dengan takat lebur sedikit di atas suhu bilik. Dalam kajian yang diterbitkan dalam jurnal Science China Technological Sciences, penyelidik Liu Jing dan Wang Lei menunjukkan teknik untuk percetakan fasa cecair aloi berasaskan galium, bismut, atau indium dengan penambahan zarah nano.

Berbanding dengan kaedah prototaip logam tradisional, percetakan 3D fasa cecair mempunyai beberapa kelebihan penting. Pertama, kadar fabrikasi struktur tiga dimensi yang agak tinggi boleh dicapai. Di samping itu, di sini anda boleh melaraskan suhu dan aliran penyejuk dengan lebih fleksibel. Di samping itu, logam konduktif cecair boleh digunakan dalam kombinasi dengan bahan bukan logam (seperti plastik), yang memperluaskan kemungkinan reka bentuk untuk komponen kompleks.

Para saintis di American Northwestern University juga telah membangunkan teknik percetakan 3D logam baharu yang lebih murah dan kurang kompleks daripada yang diketahui sebelum ini. Daripada serbuk logam, laser atau pancaran elektron, ia menggunakan ketuhar konvensional i bahan cecair. Di samping itu, kaedah ini berfungsi dengan baik untuk pelbagai jenis logam, aloi, sebatian dan oksida. Ia serupa dengan pengedap muncung seperti yang kita ketahui dengan plastik. "Dakwat" terdiri daripada serbuk logam yang dibubarkan dalam bahan khas dengan penambahan elastomer. Pada masa permohonan, ia berada pada suhu bilik. Selepas itu, lapisan bahan yang didepositkan dari muncung disinter dengan lapisan sebelumnya pada suhu tinggi yang dicipta di dalam relau. Teknik ini diterangkan dalam jurnal khusus Advanced Functional Materials.

Kaedah Pencetakan Fasa Logam Cecair Cina

Pada 2016, penyelidik Harvard memperkenalkan kaedah lain yang boleh mencipta struktur logam XNUMXD. dicetak "di udara". Universiti Harvard telah mencipta pencetak 3D yang, tidak seperti yang lain, tidak mencipta objek lapisan demi lapisan, tetapi mencipta struktur kompleks "di udara" - daripada logam beku serta-merta. Peranti yang dibangunkan di Sekolah Kejuruteraan dan Sains Gunaan John A. Paulson, mencetak objek menggunakan nanopartikel perak. Laser fokus memanaskan bahan dan menggabungkannya, mencipta pelbagai struktur seperti heliks.

Permintaan pasaran untuk produk pengguna bercetak 3D berketepatan tinggi seperti implan perubatan dan bahagian enjin pesawat sedang berkembang pesat. Dan kerana data produk boleh dikongsi dengan orang lain, syarikat di seluruh dunia, jika mereka mempunyai akses kepada serbuk logam dan pencetak 3D yang betul, boleh berusaha untuk mengurangkan kos logistik dan inventori. Seperti yang diketahui, teknologi yang diterangkan sangat memudahkan pembuatan bahagian logam geometri kompleks, mendahului teknologi pengeluaran tradisional. Pembangunan aplikasi khusus mungkin membawa kepada harga yang lebih rendah dan keterbukaan kepada penggunaan percetakan 3D dalam aplikasi konvensional juga.

Keluli Sweden yang paling keras - untuk percetakan 3D:

Keluli paling keras di dunia - dibuat di Uppsala, Sweden

Filem aluminium untuk percetakan: 

Kejayaan dalam metalurgi: percetakan 3D aluminium berkekuatan tinggi