Tulevaisuus jauheena

Ruotsalainen VBN Components valmistaa terästuotteita lisäainetekniikoilla käyttäen jauhetta lisäaineineen, pääasiassa työkaluja, kuten porat ja jyrsimet. 3D-tulostustekniikka eliminoi takomisen ja koneistuksen tarpeen, vähentää raaka-aineiden kulutusta ja tarjoaa loppukäyttäjille laajemman valikoiman korkealaatuisia materiaaleja.

VBN-komponenttien tarjous sisältää mm. Vibenite 290joka on ruotsalaisen yrityksen mukaan maailman kovin teräs (72 HRC). Vibenite 290:n luomisprosessi on materiaalien kovuuden asteittainen lisääminen asti. Kun halutut osat on painettu tästä raaka-aineesta, ei tarvita muuta jatkokäsittelyä kuin hionta tai EDM. Ei vaadi leikkaamista, jyrsintää tai porausta. Siten yritys valmistaa osia, joiden mitat ovat jopa 200 x 200 x 380 mm, joiden geometriaa ei voida valmistaa muilla valmistustekniikoilla.

Terästä ei aina tarvita. HRL Laboratoriesin tutkimusryhmä on kehittänyt 3D-tulostusratkaisun. alumiiniseokset suurella lujuudella. Sitä kutsutaan nanofunktionaalinen menetelmä. Yksinkertaisesti sanottuna uusi tekniikka koostuu erityisten nanofunktionaalisten jauheiden levittämisestä 3D-tulostimelle, jotka sitten "sintrataan" laserohut kerroksilla, mikä johtaa kolmiulotteisen esineen kasvuun. Sulamisen ja kiinteytymisen aikana syntyvät rakenteet eivät tuhoudu ja säilyttävät täyden lujuutensa, koska nanopartikkelit toimivat ytimetyskeskuksina lejeeringin aiotulle mikrorakenteelle.

Lujia metalliseoksia, kuten alumiinia, käytetään laajalti raskaassa teollisuudessa, ilmailutekniikassa (esim. runko) ja autojen osissa. Uusi nanofunktionalisointitekniikka antaa niille paitsi suuren lujuuden, myös erilaisia ​​muotoja ja kokoja.

Lisääminen vähennyksen sijaan

Perinteisissä metallintyöstömenetelmissä jätemateriaali poistetaan koneistamalla. Lisäysprosessi toimii päinvastoin - se koostuu peräkkäisten kerrosten levittämisestä ja lisäämisestä pienestä materiaalimäärästä, jolloin luodaan digitaaliseen malliin perustuvia XNUMXD-osia lähes minkä muotoisina tahansa.

Vaikka tätä tekniikkaa käytetään jo laajalti sekä prototyyppien valmistukseen että mallien valuun, sen käyttö suoraan markkinoille tarkoitettujen tavaroiden tai laitteiden valmistuksessa on ollut vaikeaa alhaisen tehokkuuden ja epätyydyttävien materiaaliominaisuuksien vuoksi. Tämä tilanne on kuitenkin vähitellen muuttumassa monissa eri puolilla maailmaa sijaitsevien tutkijoiden työn ansiosta.

Huolellisen kokeilun avulla XNUMXD-tulostuksen kahta päätekniikkaa on parannettu: metallin laserpinnoitus (LMD) ja valikoiva lasersulatus (ULM). Laserteknologia mahdollistaa hienojen yksityiskohtien tarkan luomisen ja hyvän pinnanlaadun, mikä ei ole mahdollista 50D elektronisuihkutulostuksessa (EBM). SLM:ssä lasersäteen kärki suunnataan materiaalin jauheeseen, hitsaten se paikallisesti tietyn kuvion mukaan 250-3 mikronin tarkkuudella. LMD puolestaan ​​​​käsittelee jauheen laserilla itsekantavien XNUMXD-rakenteiden luomiseksi.

Nämä menetelmät ovat osoittautuneet erittäin lupaaviksi lentokoneiden osien luomisessa. ja erityisesti metallin laserpinnoitus laajentaa ilmailu- ja avaruuskomponenttien suunnittelumahdollisuuksia. Ne voidaan valmistaa materiaaleista, joilla on monimutkaiset sisäiset rakenteet ja gradientit, jotka eivät aikaisemmin olleet mahdollisia. Lisäksi molemmat lasertekniikat mahdollistavat monimutkaisen geometrian tuotteiden luomisen ja tuotteiden laajemman toiminnallisuuden hankkimisen laajasta valikoimasta metalliseoksia.

Viime syyskuussa Airbus ilmoitti varustaneensa tuotantonsa A350 XWB:n lisäpainolla. titaaninen kannatin, valmistaja Arconic. Tämä ei ole loppu, koska Arconicin sopimus Airbusin kanssa sisältää 3D-tulostuksen titaani-nikkelijauheesta. ruumiinosat i käyttövoimajärjestelmä. On kuitenkin huomattava, että Arconic ei käytä lasertekniikkaa, vaan omaa parannettua versiota EBM-elektrokaaresta.

Yksi metallintyöstön lisäainetekniikoiden kehittämisen virstanpylväistä on todennäköisesti ensimmäinen prototyyppi, joka esiteltiin hollantilaisen Damen Shipyards Groupin pääkonttorissa syksyllä 2017. laivan potkuri mukaan nimetty metalliseos VAAMpeller. Asianmukaisten testien jälkeen, joista suurin osa on jo tehty, mallilla on mahdollisuus hyväksyä käytettäväksi laivoilla.

Koska metallintyöstöteknologian tulevaisuus piilee ruostumattomissa teräsjauheissa tai seoskomponenteissa, kannattaa tutustua näiden markkinoiden suuriin toimijoihin. Marraskuussa 2017 julkaistun "Additive Manufacturing Metal Powder Market Reportin" mukaan tärkeimmät 3D-tulostusmetallijauheiden valmistajat ovat: 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.

Potkuriprintti WAAMpeller

Nestefaasi

Tunnetuimmat metallin lisäainetekniikat perustuvat tällä hetkellä jauheiden käyttöön (näin syntyy edellä mainittu vibeniitti), "sintrattu" ja lasersulatettu lähtöaineen vaatimissa korkeissa lämpötiloissa. Uusia käsitteitä on kuitenkin tulossa. Pekingissä sijaitsevan Kiinan tiedeakatemian Cryobiomedical Engineering Laboratoryn tutkijat ovat kehittäneet menetelmän 3D-tulostus "musteella", joka koostuu metalliseoksesta, jonka sulamispiste on hieman huoneenlämpötilaa korkeampi. Science China Technological Sciences -lehdessä julkaistussa tutkimuksessa tutkijat Liu Jing ja Wang Lei esittelevät tekniikkaa gallium-, vismutti- tai indiumpohjaisten metalliseosten nestefaasitulostukseen nanohiukkasten lisäyksellä.

Verrattuna perinteisiin metalliprototyyppimenetelmiin, nestefaasissa 3D-tulostuksessa on useita tärkeitä etuja. Ensinnäkin voidaan saavuttaa suhteellisen korkea kolmiulotteisten rakenteiden valmistusnopeus. Lisäksi täällä voit säätää jäähdytysnesteen lämpötilaa ja virtausta joustavammin. Lisäksi nestettä johtavaa metallia voidaan käyttää yhdessä ei-metallisten materiaalien (kuten muovien) kanssa, mikä laajentaa monimutkaisten komponenttien suunnittelumahdollisuuksia.

American Northwestern Universityn tutkijat ovat myös kehittäneet uuden metallin 3D-tulostustekniikan, joka on halvempi ja vähemmän monimutkainen kuin aiemmin tiedettiin. Metallijauheen, lasereiden tai elektronisuihkujen sijaan se käyttää perinteinen uuni i nestemäistä materiaalia. Lisäksi menetelmä toimii hyvin monenlaisille metalleille, metalliseoksille, yhdisteille ja oksideille. Tämä on samanlainen kuin suuttimen tiiviste, jonka tunnemme muovien kanssa. "Muste" koostuu metallijauheesta, joka on liuotettu erityiseen aineeseen lisäten elastomeeria. Levityshetkellä se on huoneenlämpötilassa. Sen jälkeen suuttimesta levitetty materiaalikerros sintrataan aikaisempien kerrosten kanssa uuniin luodussa korotetussa lämpötilassa. Tekniikka on kuvattu erikoislehdessä Advanced Functional Materials.

Kiinalainen nestemetallifaasitulostusmenetelmä

Vuonna 2016 Harvardin tutkijat esittelivät toisen menetelmän, jolla voidaan luoda XNUMXD-metallirakenteita. painettu "ilmassa". Harvardin yliopisto on luonut 3D-tulostimen, joka, toisin kuin muut, ei luo esineitä kerros kerrokselta, vaan luo monimutkaisia ​​rakenteita "ilmaan" - välittömästi jäätyvästä metallista. Laite, joka on kehitetty John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciencesissä, tulostaa esineitä käyttämällä hopean nanohiukkasia. Fokusoitu laser lämmittää materiaalia ja sulattaa sen muodostaen erilaisia ​​rakenteita, kuten heliksin.

Tarkkuustulostettujen kuluttajatuotteiden, kuten lääketieteellisten implanttien ja lentokoneiden moottorin osien, kysyntä kasvaa nopeasti markkinoilla. Ja koska tuotetietoja voidaan jakaa muiden kanssa, yritykset ympäri maailmaa voivat vähentää logistiikka- ja varastokustannuksia, jos niillä on käytettävissään metallijauhe ja oikea 3D-tulostin. Kuten tiedetään, kuvatut tekniikat helpottavat suuresti monimutkaisen geometrian metalliosien valmistusta perinteisiä tuotantotekniikoita edellä. Erikoissovellusten kehittäminen johtaa todennäköisesti hintojen laskuun ja avoimuuteen 3D-tulostuksen käyttöön myös perinteisissä sovelluksissa.

Kovin ruotsalainen teräs - 3D-tulostukseen:

Maailman kovin teräs - valmistettu Uppsalassa, Ruotsissa

Alumiinikalvo tulostukseen: 

Läpimurto metallurgiassa: 3D-tulostus erittäin lujasta alumiinista