Fremtid i pudder

Det svenske firma VBN Components fremstiller stålprodukter ved hjælp af additivteknologier ved hjælp af pulver med additiver, hovedsageligt værktøjer som bor og fræsere. 3D-printteknologi eliminerer behovet for smedning og bearbejdning, reducerer råmaterialeforbruget og giver slutbrugerne et bredere udvalg af materialer af høj kvalitet.

Udbuddet af VBN komponenter omfatter f.eks. Vibenite 290som ifølge det svenske firma er det hårdeste stål i verden (72 HRC). Processen med at skabe Vibenite 290 er gradvist at øge materialernes hårdhed op til. Når først de ønskede dele er udskrevet fra dette råmateriale, kræves der ingen yderligere forarbejdning end slibning eller EDM. Ingen skæring, fræsning eller boring påkrævet. Således skaber virksomheden dele med dimensioner op til 200 x 200 x 380 mm, hvis geometri ikke kan fremstilles ved hjælp af andre fremstillingsteknologier.

Stål er ikke altid nødvendigt. Et forskerhold fra HRL Laboratories har udviklet en 3D-printløsning. aluminiumslegeringer med høj styrke. Det kaldes nanofunktionel metode. Enkelt sagt består den nye teknik i at påføre specielle nanofunktionelle pulvere på en 3D-printer, som derefter "sintres" med en laser tynde lag, hvilket fører til væksten af ​​et tredimensionelt objekt. Under smeltning og størkning ødelægges de resulterende strukturer ikke og bevarer deres fulde styrke på grund af nanopartiklerne, der fungerer som kernedannelsescentre for legeringens tilsigtede mikrostruktur.

Højstyrkelegeringer såsom aluminium er meget udbredt i tung industri, luftfartsteknologi (f.eks. flykroppe) og bildele. Den nye teknologi til nanofunktionalisering giver dem ikke kun høj styrke, men også en række forskellige former og størrelser.

Addition i stedet for subtraktion

Ved traditionelle metalbearbejdningsmetoder fjernes affaldsmateriale ved bearbejdning. Den additive proces fungerer omvendt - den består i at påføre og tilføje successive lag af en lille mængde materiale, hvilket skaber XNUMXD-dele af næsten enhver form baseret på en digital model.

Selvom denne teknik allerede er meget udbredt til både prototyping og modelstøbning, har dens anvendelse direkte i produktionen af ​​varer eller enheder beregnet til markedet været vanskelig på grund af lav effektivitet og utilfredsstillende materialeegenskaber. Denne situation ændrer sig dog gradvist takket være arbejdet fra forskere i mange centre rundt om i verden.

Gennem omhyggelige eksperimenter er de to hovedteknologier til XNUMXD-udskrivning blevet forbedret: laseraflejring af metal (LMD) i selektiv lasersmeltning (ULM). Laserteknologi gør det muligt præcist at skabe fine detaljer og opnå en god overfladekvalitet, hvilket ikke er muligt med 50D elektronstråleprint (EBM). I SLM rettes spidsen af ​​laserstrålen mod materialets pulver, lokalt svejser det i henhold til et givet mønster med en nøjagtighed på 250 til 3 mikron. Til gengæld bruger LMD en laser til at behandle pulveret for at skabe selvbærende XNUMXD-strukturer.

Disse metoder har vist sig at være meget lovende til fremstilling af flydele. og især laseraflejring af metal udvider designmulighederne for rumfartskomponenter. De kan fremstilles af materialer med komplekse indre strukturer og gradienter, som ikke tidligere var mulige. Derudover gør begge laserteknologier det muligt at skabe produkter med kompleks geometri og opnå udvidet funktionalitet af produkter fra en bred vifte af legeringer.

I september sidste år meddelte Airbus, at de havde udstyret sin produktion A350 XWB med additiv print. titanium beslag, fremstillet af Arconic. Dette er ikke enden, for Arconics kontrakt med Airbus giver mulighed for 3D-print fra titanium-nikkel-pulver. kropsdele i fremdriftssystem. Det skal dog bemærkes, at Arconic ikke bruger laserteknologi, men sin egen forbedrede version af EBM elektroniske bue.

En af milepælene i udviklingen af ​​additive teknologier inden for metalbearbejdning vil sandsynligvis være den første prototype nogensinde, der præsenteres i hovedkvarteret for den hollandske Damen Shipyards Group i efteråret 2017. skibspropel metallegering opkaldt efter VAAMPeller. Efter passende test, hvoraf de fleste allerede har fundet sted, har modellen en chance for at blive godkendt til brug om bord på skibe.

Da fremtiden for metalbearbejdningsteknologi ligger i rustfrit stålpulver eller legeringskomponenter, er det værd at lære de store aktører på dette marked at kende. Ifølge "Additive Manufacturing Metal Powder Market Report" offentliggjort i november 2017 er de vigtigste producenter af 3D-print metalpulvere: 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.

Propel print WAAMpeller

Flydende fase

De mest kendte metaladditivteknologier er i øjeblikket afhængige af brugen af ​​pulvere (det er sådan den førnævnte vibenit skabes) "sintret" og lasersmeltet ved de høje temperaturer, der kræves til udgangsmaterialet. Nye koncepter dukker dog op. Forskere fra Cryobiomedical Engineering Laboratory ved det kinesiske videnskabsakademi i Beijing har udviklet en metode 3D-print med "blæk", bestående af en metallegering med et smeltepunkt lidt over stuetemperatur. I en undersøgelse offentliggjort i tidsskriftet Science China Technological Sciences demonstrerer forskerne Liu Jing og Wang Lei en teknik til væskefaseprintning af gallium-, bismuth- eller indiumbaserede legeringer med tilsætning af nanopartikler.

Sammenlignet med traditionelle metalprototypingsmetoder har flydende fase 3D-print flere vigtige fordele. For det første kan der opnås en relativt høj hastighed for fremstilling af tredimensionelle strukturer. Derudover kan du her mere fleksibelt justere kølevæskens temperatur og flow. Derudover kan flydende ledende metal anvendes i kombination med ikke-metalliske materialer (såsom plast), hvilket udvider designmulighederne for komplekse komponenter.

Forskere ved American Northwestern University har også udviklet en ny metal 3D printteknik, der er billigere og mindre kompleks end hidtil kendt. I stedet for metalpulver, lasere eller elektronstråler bruger den konventionel ovn i flydende materiale. Derudover fungerer metoden godt for en lang række metaller, legeringer, forbindelser og oxider. Dette svarer til den dysepakning, vi kender med plast. "Blæk" består af et metalpulver opløst i et specielt stof med tilsætning af en elastomer. På påføringstidspunktet er den ved stuetemperatur. Derefter sintres laget af materiale påført fra dysen med de foregående lag ved en forhøjet temperatur skabt i ovnen. Teknikken er beskrevet i fagtidsskriftet Advanced Functional Materials.

Kinesisk trykmetode i flydende metalfase

I 2016 introducerede Harvard-forskere en anden metode, der kan skabe XNUMXD-metalstrukturer. trykt "i luften". Harvard University har skabt en 3D-printer, der i modsætning til andre ikke skaber objekter lag for lag, men skaber komplekse strukturer "i luften" - fra øjeblikkeligt at fryse metal. Enheden, der er udviklet på John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences, udskriver objekter ved hjælp af sølv nanopartikler. Den fokuserede laser opvarmer materialet og smelter det sammen, hvilket skaber forskellige strukturer såsom en helix.

Markedets efterspørgsel efter højpræcisions 3D-printede forbrugerprodukter såsom medicinske implantater og flymotordele vokser hurtigt. Og fordi produktdata kan deles med andre, kan virksomheder over hele verden, hvis de har adgang til metalpulver og den rigtige 3D-printer, arbejde på at reducere logistik- og lageromkostninger. Som det er kendt, letter de beskrevne teknologier i høj grad fremstillingen af ​​metaldele med kompleks geometri foran traditionelle produktionsteknologier. Udviklingen af ​​specialiserede applikationer vil sandsynligvis også føre til lavere priser og åbenhed over for brugen af ​​3D-print i konventionelle applikationer.

Det hårdeste svenske stål - til 3D-print:

Det hårdeste stål i verden - fremstillet i Uppsala, Sverige

Aluminiumsfilm til udskrivning: 

Gennembrud inden for metallurgi: 3D-print af højstyrke-aluminium