Fremtid i pudder

Det svenske selskapet VBN Components lager stålprodukter ved bruk av additivteknologier ved bruk av pulver med tilsetningsstoffer, hovedsakelig verktøy som bor og freser. 3D-utskriftsteknologi eliminerer behovet for smiing og maskinering, reduserer råvareforbruket og gir sluttbrukere et bredere utvalg av materialer av høy kvalitet.

Tilbudet av VBN-komponenter inkluderer f.eks. Vibenite 290som ifølge det svenske selskapet er det hardeste stålet i verden (72 HRC). Prosessen med å lage Vibenite 290 er å gradvis øke hardheten til materialer opp til. Når de ønskede delene er skrevet ut fra dette råmaterialet, er det ikke nødvendig med ytterligere bearbeiding enn sliping eller EDM. Ingen skjæring, fresing eller boring er nødvendig. Dermed lager selskapet deler med dimensjoner opp til 200 x 200 x 380 mm, hvis geometri ikke kan produseres ved bruk av andre produksjonsteknologier.

Stål er ikke alltid nødvendig. Et forskerteam fra HRL Laboratories har utviklet en 3D-utskriftsløsning. aluminiumslegeringer med høy styrke. Det kalles nanofunksjonell metode. Enkelt sagt består den nye teknikken i å påføre spesielle nanofunksjonelle pulvere på en 3D-printer, som deretter "sintres" med tynne laserlag, noe som fører til vekst av et tredimensjonalt objekt. Under smelting og størkning ødelegges ikke de resulterende strukturene og beholder sin fulle styrke på grunn av at nanopartikler fungerer som kjernedannelsessentre for den tiltenkte mikrostrukturen til legeringen.

Høyfaste legeringer som aluminium er mye brukt i tungindustri, luftfartsteknologi (f.eks. flykropper) og bildeler. Den nye teknologien for nanofunksjonalisering gir dem ikke bare høy styrke, men også en rekke former og størrelser.

Addisjon i stedet for subtraksjon

Ved tradisjonelle metallbearbeidingsmetoder fjernes avfallsmateriale ved maskinering. Den additive prosessen fungerer omvendt - den består av å påføre og legge til påfølgende lag av en liten mengde materiale, og skape XNUMXD-deler av nesten hvilken som helst form basert på en digital modell.

Selv om denne teknikken allerede er mye brukt for både prototyping og modellstøping, har bruken direkte i produksjon av varer eller enheter beregnet på markedet vært vanskelig på grunn av lav effektivitet og utilfredsstillende materialegenskaper. Imidlertid endrer denne situasjonen seg gradvis takket være arbeidet til forskere i mange sentre rundt om i verden.

Gjennom møysommelig eksperimentering har de to hovedteknologiene til XNUMXD-utskrift blitt forbedret: laseravsetning av metall (LMD) og selektiv lasersmelting (ULM). Laserteknologi gjør det mulig å nøyaktig lage fine detaljer og oppnå god overflatekvalitet, noe som ikke er mulig med 50D elektronstråleutskrift (EBM). I SLM blir spissen av laserstrålen rettet mot pulveret av materialet, lokalt sveiser det i henhold til et gitt mønster med en nøyaktighet på 250 til 3 mikron. På sin side bruker LMD en laser for å behandle pulveret for å lage selvbærende XNUMXD-strukturer.

Disse metodene har vist seg å være svært lovende for å lage flydeler. og spesielt, laseravsetning av metall utvider designmulighetene for luftfartskomponenter. De kan være laget av materialer med komplekse indre strukturer og gradienter som tidligere ikke var mulig. I tillegg gjør begge laserteknologiene det mulig å lage produkter med kompleks geometri og oppnå utvidet funksjonalitet av produkter fra et bredt spekter av legeringer.

I september i fjor kunngjorde Airbus at de hadde utstyrt sin produksjon A350 XWB med additiv utskrift. titan brakett, produsert av Arconic. Dette er ikke slutten, for Arconics kontrakt med Airbus sørger for 3D-utskrift fra titan-nikkel-pulver. kroppsdeler i fremdriftssystem. Det skal imidlertid bemerkes at Arconic ikke bruker laserteknologi, men sin egen forbedrede versjon av EBM elektronisk lysbue.

En av milepælene i utviklingen av additivteknologier innen metallbearbeiding vil sannsynligvis være den første prototypen noensinne som ble presentert ved hovedkvarteret til den nederlandske Damen Shipyards Group høsten 2017. skipspropell metalllegering oppkalt etter VAAMPeller. Etter passende tester, hvorav de fleste allerede har funnet sted, har modellen en sjanse til å bli godkjent for bruk om bord på skip.

Siden fremtiden for metallbearbeidingsteknologi ligger i rustfritt stålpulver eller legeringskomponenter, er det verdt å bli kjent med de store aktørene i dette markedet. I følge "Additive Manufacturing Metal Powder Market Report" publisert i november 2017, er de viktigste produsentene av 3D-printing metallpulver: 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.

Propelltrykk WAAMpeller

Flytende fase

De mest kjente metalladditivteknologiene er for tiden avhengige av bruken av pulver (dette er hvordan den nevnte vibenitten lages) "sintret" og lasersmeltet ved de høye temperaturene som kreves for utgangsmaterialet. Nye konsepter dukker imidlertid opp. Forskere fra Cryobiomedical Engineering Laboratory ved det kinesiske vitenskapsakademiet i Beijing har utviklet en metode 3D-utskrift med "blekk", bestående av en metallegering med et smeltepunkt litt over romtemperatur. I en studie publisert i tidsskriftet Science China Technological Sciences demonstrerer forskerne Liu Jing og Wang Lei en teknikk for væskefasetrykk av gallium-, vismut- eller indiumbaserte legeringer med tilsetning av nanopartikler.

Sammenlignet med tradisjonelle metallprototypingsmetoder har væskefase 3D-utskrift flere viktige fordeler. For det første kan en relativt høy produksjonshastighet av tredimensjonale strukturer oppnås. I tillegg kan du her mer fleksibelt justere temperaturen og flyten til kjølevæsken. I tillegg kan flytende ledende metall brukes i kombinasjon med ikke-metalliske materialer (som plast), noe som øker designmulighetene for komplekse komponenter.

Forskere ved American Northwestern University har også utviklet en ny 3D-utskriftsteknikk av metall som er billigere og mindre kompleks enn tidligere kjent. I stedet for metallpulver, lasere eller elektronstråler, bruker den vanlig ovn i flytende materiale. I tillegg fungerer metoden godt for et bredt utvalg av metaller, legeringer, forbindelser og oksider. Dette ligner på dysepakningen vi kjenner med plast. "Blekk" består av et metallpulver oppløst i et spesielt stoff med tilsetning av en elastomer. På påføringstidspunktet er den i romtemperatur. Etter det sintres laget av materiale som påføres fra dysen med de foregående lagene ved en forhøyet temperatur opprettet i ovnen. Teknikken er beskrevet i det spesialiserte tidsskriftet Advanced Functional Materials.

Kinesisk trykkmetode for flytende metallfase

I 2016 introduserte Harvard-forskere en annen metode som kan lage XNUMXD-metallstrukturer. trykket "i luften". Harvard University har laget en 3D-printer som, i motsetning til andre, ikke lager objekter lag for lag, men skaper komplekse strukturer «i luften» – fra øyeblikkelig frysing av metall. Enheten, utviklet ved John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences, skriver ut objekter ved hjelp av sølvnanopartikler. Den fokuserte laseren varmer opp materialet og smelter det sammen, og skaper ulike strukturer som en helix.

Markedsetterspørselen etter høypresisjons 3D-printede forbrukerprodukter som medisinske implantater og flymotordeler vokser raskt. Og fordi produktdata kan deles med andre, kan bedrifter over hele verden, hvis de har tilgang til metallpulver og riktig 3D-printer, arbeide for å redusere logistikk- og lagerkostnader. Som du vet, letter de beskrevne teknologiene i stor grad produksjonen av metalldeler med kompleks geometri, foran tradisjonelle produksjonsteknologier. Utviklingen av spesialiserte applikasjoner vil sannsynligvis føre til lavere priser og åpenhet for bruk av 3D-printing også i konvensjonelle applikasjoner.

Det hardeste svenske stålet - for 3D-utskrift:

Det hardeste stålet i verden - laget i Uppsala, Sverige

Aluminiumsfilm for utskrift: 

Gjennombrudd innen metallurgi: 3D-printing av høyfast aluminium