Toekoms in poeier

Die Sweedse maatskappy VBN Components vervaardig staalprodukte deur gebruik te maak van bykomende tegnologieë deur poeier met bymiddels te gebruik, hoofsaaklik gereedskap soos bore en freessnyers. 3D-druktegnologie skakel die behoefte aan smee en bewerking uit, verminder grondstofverbruik, en bied eindgebruikers 'n wyer keuse van hoë-gehalte materiale.

Die aanbod van VBN-komponente sluit bv. Vibenite 290wat volgens die Sweedse maatskappy die hardste staal ter wêreld is (72 HRC). Die proses om Vibenite 290 te skep is om die hardheid van materiale geleidelik te verhoog tot. Sodra die verlangde dele van hierdie grondstof gedruk is, is geen verdere verwerking behalwe maal of EDM nodig nie. Geen sny, frees of boor nodig nie. Die maatskappy skep dus onderdele met afmetings tot 200 x 200 x 380 mm, waarvan die geometrie nie met ander vervaardigingstegnologie vervaardig kan word nie.

Staal is nie altyd nodig nie. 'n Navorsingspan van HRL Laboratories het 'n 3D-drukoplossing ontwikkel. aluminiumlegerings met hoë sterkte. Dit word genoem nanofunksionele metode. Eenvoudig gestel, die nuwe tegniek bestaan ​​uit die toepassing van spesiale nanofunksionele poeiers op 'n 3D-drukker, wat dan met 'n laser dun lae "gesinter" word, wat lei tot die groei van 'n driedimensionele voorwerp. Tydens smelting en stolling word die gevolglike strukture nie vernietig nie en behou hul volle sterkte as gevolg van die nanopartikels wat as kernvormingsentrums vir die beoogde mikrostruktuur van die legering optree.

Hoësterkte-legerings soos aluminium word wyd gebruik in swaar nywerhede, lugvaarttegnologie (bv. romp) en motoronderdele. Die nuwe tegnologie van nanofunksionalisasie gee hulle nie net hoë sterkte nie, maar ook 'n verskeidenheid vorms en groottes.

Optelling in plaas van aftrekking

In tradisionele metaalbewerkingsmetodes word afvalmateriaal deur masjinering verwyder. Die byvoegingsproses werk omgekeerd - dit bestaan ​​uit die toepassing en byvoeging van opeenvolgende lae van 'n klein hoeveelheid materiaal, wat XNUMXD-dele van byna enige vorm skep wat gebaseer is op 'n digitale model.

Alhoewel hierdie tegniek reeds wyd gebruik word vir beide prototipering en modelgietwerk, was die gebruik daarvan direk in die vervaardiging van goedere of toestelle wat vir die mark bedoel is, moeilik weens lae doeltreffendheid en onbevredigende materiaaleienskappe. Hierdie situasie verander egter geleidelik danksy die werk van navorsers in baie sentrums regoor die wêreld.

Deur moeisame eksperimentering is die twee hooftegnologieë van XNUMXD drukwerk verbeter: laserafsetting van metaal (LMD) i selektiewe lasersmelting (ULM). Lasertegnologie maak dit moontlik om fyn besonderhede akkuraat te skep en goeie oppervlakkwaliteit te verkry, wat nie moontlik is met 50D elektronstraaldruk (EBM) nie. In SLM word die punt van die laserstraal op die poeier van die materiaal gerig, wat dit plaaslik volgens 'n gegewe patroon met 'n akkuraatheid van 250 tot 3 mikron sweis. Op sy beurt gebruik LMD 'n laser om die poeier te verwerk om selfondersteunende XNUMXD-strukture te skep.

Hierdie metodes was baie belowend vir die skep van vliegtuigonderdele. en veral die toepassing van lasermetaalneerlegging brei die ontwerpmoontlikhede vir lugvaartkomponente uit. Hulle kan gemaak word van materiale met komplekse interne strukture en gradiënte wat nie in die verlede moontlik was nie. Daarbenewens maak beide lasertegnologieë dit moontlik om produkte van komplekse meetkunde te skep en uitgebreide funksionaliteit van produkte uit 'n wye reeks legerings te verkry.

Verlede September het Airbus aangekondig dat hy sy produksie A350 XWB toegerus het met additiewe drukwerk. titanium bracket, vervaardig deur Arconic. Dit is nie die einde nie, want Arconic se kontrak met Airbus maak voorsiening vir 3D-drukwerk van titanium-nikkelpoeier. liggaamsdele i aandrywingstelsel. Daar moet egter kennis geneem word dat Arconic nie lasertegnologie gebruik nie, maar sy eie verbeterde weergawe van die EBM elektroniese boog.

Een van die mylpale in die ontwikkeling van bykomende tegnologieë in metaalbewerking sal waarskynlik die eerste prototipe wees wat in die herfs van 2017 by die hoofkwartier van die Dutch Damen Shipyards Group aangebied is. skip skroef metaallegering na vernoem VAAMPeller. Ná toepaslike toetse, waarvan die meeste reeds plaasgevind het, het die model ’n kans om goedgekeur te word vir gebruik aan boord van skepe.

Aangesien die toekoms van metaalbewerkingstegnologie in vlekvrye staalpoeiers of legeringskomponente lê, is dit die moeite werd om die groot rolspelers in hierdie mark te leer ken. Volgens die "Additive Manufacturing Metal Powder Market Report" wat in November 2017 gepubliseer is, is die belangrikste vervaardigers van 3D-drukmetaalpoeiers: 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.

Skroefdruk WAAMpeller

Vloeistoffase

Die bekendste metaaltoevoegingstegnologieë maak tans staat op die gebruik van poeiers (dit is hoe die bogenoemde vibeniet geskep word) "gesinter" en laser-versmelt teen die hoë temperature wat benodig word vir die beginmateriaal. Nuwe konsepte kom egter na vore. Navorsers van die Cryobiomedical Engineering Laboratory van die Chinese Academy of Sciences in Beijing het 'n metode ontwikkel 3D-drukwerk met "ink", bestaande uit 'n metaallegering met 'n smeltpunt effens bo kamertemperatuur. In 'n studie gepubliseer in die joernaal Science China Technological Sciences, demonstreer navorsers Liu Jing en Wang Lei 'n tegniek vir vloeibare-fase druk van gallium, bismut of indium-gebaseerde legerings met die byvoeging van nanopartikels.

In vergelyking met tradisionele metaalprototiperingsmetodes, het vloeibare-fase 3D-drukwerk verskeie belangrike voordele. Eerstens kan 'n relatief hoë tempo van vervaardiging van driedimensionele strukture bereik word. Daarbenewens kan u hier die temperatuur en vloei van die koelmiddel meer buigsaam aanpas. Daarbenewens kan vloeibare geleidende metaal in kombinasie met nie-metaalmateriaal (soos plastiek) gebruik word, wat die ontwerpmoontlikhede vir komplekse komponente uitbrei.

Wetenskaplikes aan die Amerikaanse Noordwes-Universiteit het ook 'n nuwe metaal 3D-druktegniek ontwikkel wat goedkoper en minder kompleks is as wat voorheen bekend is. In plaas van metaalpoeier, lasers of elektronstrale, gebruik dit konvensionele oond i vloeibare materiaal. Daarbenewens werk die metode goed vir 'n wye verskeidenheid metale, legerings, verbindings en oksiede. Dit is soortgelyk aan die spuitkopseël soos ons dit met plastiek ken. "Ink" bestaan ​​uit 'n metaalpoeier opgelos in 'n spesiale stof met die byvoeging van 'n elastomeer. Ten tyde van toediening is dit by kamertemperatuur. Daarna word die laag materiaal wat uit die spuitstuk neergelê is, gesinter met die vorige lae teen 'n verhoogde temperatuur wat in die oond geskep word. Die tegniek word beskryf in die gespesialiseerde joernaal Advanced Functional Materials.

Chinese vloeibare metaalfase drukmetode

In 2016 het Harvard-navorsers 'n ander metode bekendgestel wat XNUMXD-metaalstrukture kan skep. gedruk "in die lug". Harvard Universiteit het 'n 3D-drukker geskep wat, anders as ander, nie voorwerpe laag vir laag skep nie, maar komplekse strukture "in die lug" skep - van onmiddellik vriesende metaal. Die toestel, wat by die John A. Paulson Skool vir Ingenieurswese en Toegepaste Wetenskappe ontwikkel is, druk voorwerpe met silwer nanopartikels. Die gefokusde laser verhit die materiaal en versmelt dit, wat verskeie strukture soos 'n heliks skep.

Die markvraag na hoë-presisie 3D-gedrukte verbruikersprodukte soos mediese inplantings en vliegtuigenjinonderdele groei vinnig. En omdat produkdata met ander gedeel kan word, kan maatskappye regoor die wêreld, as hulle toegang het tot metaalpoeier en die regte 3D-drukker, werk om logistieke en voorraadkoste te verminder. Soos bekend, vergemaklik die beskryfde tegnologieë die vervaardiging van metaalonderdele van komplekse geometrie aansienlik, voor tradisionele produksietegnologieë. Die ontwikkeling van gespesialiseerde toepassings sal waarskynlik ook lei tot laer pryse en openheid vir die gebruik van 3D-drukwerk in konvensionele toepassings.

Die hardste Sweedse staal - vir 3D-drukwerk:

Die hardste staal ter wêreld - gemaak in Uppsala, Swede

Aluminiumfilm vir drukwerk: 

Deurbraak in metallurgie: 3D-druk van hoësterkte-aluminium