Budoucnost v prášku

Švédská společnost VBN Components vyrábí ocelové výrobky pomocí aditivních technologií s použitím prášku s přísadami, především nástrojů jako jsou vrtáky a frézy. Technologie 3D tisku eliminuje potřebu kování a obrábění, snižuje spotřebu surovin a poskytuje koncovým uživatelům širší výběr vysoce kvalitních materiálů.

Nabídka komponentů VBN zahrnuje např. Vibenite 290což je podle švédské společnosti nejtvrdší ocel na světě (72 HRC). Procesem tvorby Vibenite 290 je postupné zvyšování tvrdosti materiálů až. Jakmile jsou z této suroviny vytištěny požadované díly, není nutné žádné další zpracování kromě broušení nebo EDM. Není potřeba žádné řezání, frézování nebo vrtání. Společnost tak vytváří díly o rozměrech do 200 x 200 x 380 mm, jejichž geometrii nelze vyrobit jinými výrobními technologiemi.

Ocel není vždy potřeba. Výzkumný tým z HRL Laboratories vyvinul řešení pro 3D tisk. slitin hliníku s vysokou pevností. To se nazývá nanofunkční metoda. Zjednodušeně řečeno, nová technika spočívá v nanášení speciálních nanofunkčních prášků na 3D tiskárnu, které jsou následně laserem „sintrovány“ tenkými vrstvami, což vede k růstu trojrozměrného objektu. Během tavení a tuhnutí se výsledné struktury neničí a zachovávají si plnou pevnost díky nanočásticím působícím jako nukleační centra pro zamýšlenou mikrostrukturu slitiny.

Vysokopevnostní slitiny jako hliník jsou široce používány v těžkém průmyslu, letecké (např. trupové) technice a automobilových dílech. Nová technologie nanofunkcionalizace jim dodává nejen vysokou pevnost, ale také rozmanitost tvarů a velikostí.

Sčítání místo odčítání

Při tradičních metodách zpracování kovů se odpadový materiál odstraňuje obráběním. Aditivní proces funguje obráceně – spočívá v nanášení a přidávání postupných vrstev malého množství materiálu, čímž vznikají XNUMXD díly téměř libovolného tvaru na základě digitálního modelu.

Přestože je tato technika již hojně využívána jak pro prototypování, tak pro odlévání modelů, její využití přímo při výrobě zboží nebo zařízení určených pro trh bylo obtížné z důvodu nízké účinnosti a nevyhovujících materiálových vlastností. Tato situace se však postupně mění díky práci výzkumníků v mnoha centrech po celém světě.

Díky pečlivému experimentování byly vylepšeny dvě hlavní technologie tisku XNUMXD: laserové nanášení kovu (LMD) i selektivní laserové tavení (ULM). Laserová technologie umožňuje přesně vytvářet jemné detaily a získat dobrou kvalitu povrchu, což u 50D tisku elektronovým paprskem (EBM) není možné. V SLM je bod laserového paprsku nasměrován na prášek materiálu a lokálně jej svařen podle daného vzoru s přesností 250 až 3 mikrony. LMD zase používá laser ke zpracování prášku k vytvoření samonosných XNUMXD struktur.

Tyto metody se ukázaly jako velmi slibné pro vytváření součástí letadel. a zejména laserové nanášení kovu rozšiřuje možnosti návrhu leteckých součástí. Mohou být vyrobeny z materiálů se složitou vnitřní strukturou a sklony, které v minulosti nebyly možné. Obě laserové technologie navíc umožňují vytvářet produkty složité geometrie a získat rozšířenou funkčnost produktů z široké škály slitin.

Loni v září Airbus oznámil, že vybavil svůj sériový A350 XWB aditivním tiskem. titanový držák, výrobce Arconic. To není konec, protože smlouva Arconicu s Airbusem počítá s 3D tiskem z titan-niklového prášku. části těla i pohonný systém. Nutno však podotknout, že Arconic nepoužívá laserovou technologii, ale vlastní vylepšenou verzi elektronického oblouku EBM.

Jedním z milníků ve vývoji aditivních technologií v kovoobrábění bude pravděpodobně historicky první prototyp představený v sídle holandské loděnice Damen Shipyards Group na podzim roku 2017. lodní šroub slitina kovů pojmenovaná po VAAMpeller. Po příslušných testech, z nichž většina již proběhla, má model šanci být schválen pro použití na palubách lodí.

Vzhledem k tomu, že budoucnost technologie obrábění kovů spočívá v nerezových prášcích nebo slitinových komponentech, stojí za to poznat hlavní hráče na tomto trhu. Podle „Additive Manufacturing Metal Powder Market Report“ zveřejněné v listopadu 2017 jsou nejvýznamnějšími výrobci kovových prášků pro 3D tisk: 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.

Tisk vrtule WAAMpeller

Kapalná fáze

Nejznámější technologie aditiv kovů v současnosti spoléhají na použití prášků (tak vzniká zmíněný vibenit) „slinovaných“ a tavených laserem při vysokých teplotách požadovaných pro výchozí materiál. Objevují se však nové koncepty. Výzkumníci z Laboratoře kryobiomedického inženýrství Čínské akademie věd v Pekingu vyvinuli metodu 3D tisk s "inkoustem", sestávající z kovové slitiny s bodem tání mírně nad pokojovou teplotou. Ve studii publikované v časopise Science China Technological Sciences vědci Liu Jing a Wang Lei demonstrují techniku ​​tisku slitin na bázi galia, bismutu nebo india v kapalné fázi s přidáním nanočástic.

Ve srovnání s tradičními metodami prototypování kovů má 3D tisk v kapalné fázi několik důležitých výhod. Za prvé, lze dosáhnout relativně vysoké rychlosti výroby trojrozměrných struktur. Navíc zde můžete flexibilněji upravovat teplotu a průtok chladicí kapaliny. Kromě toho lze tekutý vodivý kov použít v kombinaci s nekovovými materiály (jako jsou plasty), což zvyšuje možnosti návrhu složitých součástí.

Vědci z americké Northwestern University také vyvinuli novou techniku ​​3D tisku na kov, která je levnější a méně složitá, než bylo dříve známo. Místo kovového prášku používá lasery nebo elektronové paprsky konvenční trouba i tekutý materiál. Kromě toho metoda funguje dobře pro širokou škálu kovů, slitin, sloučenin a oxidů. Je to podobné jako u těsnění trysky, které známe u plastů. „Inkoust“ se skládá z kovového prášku rozpuštěného ve speciální látce s přídavkem elastomeru. V době aplikace má pokojovou teplotu. Poté je vrstva materiálu nanášená z trysky slinována s předchozími vrstvami při zvýšené teplotě vytvořené v peci. Technika je popsána ve specializovaném časopise Advanced Functional Materials.

Čínská metoda tisku z tekutého kovu

V roce 2016 představili výzkumníci z Harvardu další metodu, která dokáže vytvářet XNUMXD kovové struktury. vytištěno "ve vzduchu". Harvardská univerzita vytvořila 3D tiskárnu, která na rozdíl od jiných nevytváří objekty vrstvu po vrstvě, ale vytváří složité struktury „ve vzduchu“ – z okamžitě zamrzajícího kovu. Zařízení vyvinuté na John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences tiskne objekty pomocí nanočástic stříbra. Fokusovaný laser ohřívá materiál a spojuje jej, čímž vytváří různé struktury, jako je šroubovice.

Tržní poptávka po vysoce přesných 3D tištěných spotřebních produktech, jako jsou lékařské implantáty a součásti leteckých motorů, rychle roste. A protože produktová data lze sdílet s ostatními, mohou společnosti po celém světě, pokud mají přístup ke kovovému prášku a správné 3D tiskárně, pracovat na snížení nákladů na logistiku a zásoby. Jak víte, popsané technologie značně usnadňují výrobu kovových dílů složité geometrie, před tradičními výrobními technologiemi. Rozvoj specializovaných aplikací pravděpodobně povede ke snížení cen a otevřenosti využití 3D tisku i v konvenčních aplikacích.

Nejtvrdší švédská ocel - pro 3D tisk:

Nejtvrdší ocel na světě – vyrobena ve švédské Uppsale

Hliníková fólie pro tisk: 

Průlom v metalurgii: 3D tisk z vysokopevnostního hliníku