Бъдеще на прах

Шведската компания VBN Components произвежда стоманени продукти, използвайки адитивни технологии, използвайки прах с добавки, главно инструменти като бормашини и фрези. Технологията за 3D печат елиминира необходимостта от коване и механична обработка, намалява консумацията на суровини и предоставя на крайните потребители по-широк избор от висококачествени материали.

Офертата на VBN компоненти включва напр. Вибенит 290която според шведската компания е най-твърдата стомана в света (72 HRC). Процесът на създаване на Vibenite 290 е постепенно увеличаване на твърдостта на материалите до. След като желаните части бъдат отпечатани от тази суровина, не е необходима допълнителна обработка, освен смилане или EDM. Не се изисква рязане, фрезоване или пробиване. По този начин компанията създава части с размери до 200 x 200 x 380 mm, чиято геометрия не може да бъде произведена по други производствени технологии.

Стоманата не винаги е необходима. Изследователски екип от HRL Laboratories разработи решение за 3D печат. алуминиеви сплави с висока якост. Нарича се нанофункционален метод. Най-просто казано, новата техника се състои в нанасяне на специални нанофункционални прахове върху 3D принтер, които след това се „синтероват“ с лазерни тънки слоеве, което води до растежа на триизмерен обект. По време на топенето и втвърдяването, получените структури не се разрушават и запазват пълната си здравина поради наночастиците, действащи като центрове на нуклеация за предвидената микроструктура на сплавта.

Високоякостните сплави като алуминия се използват широко в тежката промишленост, авиационната (напр. фюзелажна) технология и автомобилните части. Новата технология на нанофункционализация им дава не само висока якост, но и разнообразие от форми и размери.

Събиране вместо изваждане

При традиционните методи на металообработка отпадъчният материал се отстранява чрез механична обработка. Процесът на добавка работи в обратен ред – той се състои от нанасяне и добавяне на последователни слоеве от малко количество материал, създавайки XNUMXD части с почти всякаква форма на базата на цифров модел.

Въпреки че тази техника вече се използва широко както за създаване на прототипи, така и за отливане на модели, нейното използване директно в производството на стоки или устройства, предназначени за пазара, е трудно поради ниската ефективност и незадоволителни свойства на материала. Тази ситуация обаче постепенно се променя благодарение на работата на изследователи в много центрове по света.

Чрез старателно експериментиране, двете основни технологии на XNUMXD печат бяха подобрени: лазерно отлагане на метал (LMD) i селективно лазерно топене (ULM). Лазерната технология дава възможност за точно създаване на фини детайли и получаване на добро качество на повърхността, което не е възможно с 50D печат с електронен лъч (EBM). При SLM точката на лазерния лъч се насочва към праха на материала, локално го заварява по даден шаблон с точност от 250 до 3 микрона. От своя страна LMD използва лазер за обработка на праха, за да създаде самоносещи XNUMXD структури.

Тези методи се оказаха много обещаващи за създаване на части за самолети. и по-специално, прилагането на лазерно отлагане на метал разширява възможностите за проектиране на аерокосмическите компоненти. Те могат да бъдат направени от материали със сложна вътрешна структура и градиенти, невъзможни в миналото. Освен това и двете лазерни технологии дават възможност за създаване на продукти със сложна геометрия и получаване на разширена функционалност на продукти от широка гама от сплави.

Миналия септември Airbus обяви, че е оборудвал производствения си A350 XWB с адитивен печат. титаниева скоба, произведен от Arconic. Това не е краят, защото договорът на Arconic с Airbus предвижда 3D печат от титаниево-никелов прах. части на тялото i задвижваща система. Все пак трябва да се отбележи, че Arconic не използва лазерна технология, а собствена подобрена версия на електронната дъга EBM.

Един от етапите в развитието на адитивните технологии в металообработването вероятно ще бъде първият прототип, представен в централата на холандската Damen Shipyards Group през есента на 2017 г. корабно витло метална сплав на име VAAMpeller. След подходящи тестове, повечето от които вече са проведени, моделът има шанс да бъде одобрен за използване на борда на кораби.

Тъй като бъдещето на металообработващата технология се крие в праховете от неръждаема стомана или компонентите от сплави, си струва да се запознаете с основните играчи на този пазар. Според „Доклад за пазара на добавки за производство на метален прах“, публикуван през ноември 2017 г., най-важните производители на метални прахове за 3D печат са: 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.

Печат на витла WAAMpeller

Течна фаза

Най-известните технологии за метални добавки понастоящем разчитат на използването на прахове (по този начин се създава гореспоменатият вибенит), "синтерован" и лазерно разтопен при високите температури, необходими за изходния материал. Появяват се обаче нови концепции. Изследователи от лабораторията за криобиомедицинско инженерство на Китайската академия на науките в Пекин разработиха метод 3D печат с "мастило", състояща се от метална сплав с точка на топене малко над стайна температура. В проучване, публикувано в списанието Science China Technological Sciences, изследователите Liu Jing и Wang Lei демонстрират техника за течнофазов печат на сплави на базата на галий, бисмут или индий с добавяне на наночастици.

В сравнение с традиционните методи за създаване на метални прототипи, течнофазният 3D печат има няколко важни предимства. Първо, може да се постигне относително висока скорост на производство на триизмерни структури. Освен това тук можете по-гъвкаво да регулирате температурата и потока на охлаждащата течност. В допълнение, течният проводящ метал може да се използва в комбинация с неметални материали (като пластмаси), което разширява възможностите за проектиране на сложни компоненти.

Учени от Американския северозападен университет също разработиха нова метална техника за 3D печат, която е по-евтина и по-малко сложна от известната преди. Вместо метален прах, лазери или електронни лъчи, той използва конвенционална фурна i течен материал. В допълнение, методът работи добре за голямо разнообразие от метали, сплави, съединения и оксиди. То е подобно на уплътнението на дюзата, както го познаваме с пластмасите. "Мастило" се състои от метален прах, разтворен в специално вещество с добавка на еластомер. По време на нанасяне е на стайна температура. След това слоят материал, нанесен от дюзата, се синтерова с предишните слоеве при повишена температура, създадена в пещта. Техниката е описана в специализираното списание Advanced Functional Materials.

Китайски метод за печат с течна метална фаза

През 2016 г. изследователи от Харвард представиха друг метод, който може да създава XNUMXD метални конструкции. отпечатан "във въздуха". Харвардският университет създаде 3D принтер, който за разлика от други не създава обекти слой по слой, а създава сложни структури „във въздуха“ – от моментално замръзващ метал. Устройството, разработено в училището по инженерство и приложни науки John A. Paulson, отпечатва обекти с помощта на сребърни наночастици. Фокусираният лазер нагрява материала и го стопява, създавайки различни структури като спирала.

Търсенето на пазара на високопрецизни 3D отпечатани потребителски продукти като медицински импланти и части за самолетни двигатели нараства бързо. И тъй като данните за продуктите могат да се споделят с други, компаниите по целия свят, ако имат достъп до метален прах и подходящия 3D принтер, могат да работят за намаляване на разходите за логистика и инвентар. Както знаете, описаните технологии значително улесняват производството на метални части със сложна геометрия, изпреварвайки традиционните производствени технологии. Разработването на специализирани приложения вероятно ще доведе до по-ниски цени и отвореност към използването на 3D печат и в конвенционалните приложения.

Най-твърдата шведска стомана - за 3D печат:

Най-твърдата стомана в света - произведена в Упсала, Швеция

Алуминиево фолио за печат: 

Пробив в металургията: 3D печат на високоякостен алуминий