آینده در پودر

شرکت سوئدی VBN Components محصولات فولادی را با استفاده از فناوری های افزودنی با استفاده از پودر با مواد افزودنی، عمدتاً ابزارهایی مانند مته و فرز، تولید می کند. فناوری پرینت سه بعدی نیاز به آهنگری و ماشینکاری را از بین می برد، مصرف مواد خام را کاهش می دهد و انتخاب گسترده تری از مواد با کیفیت بالا را در اختیار کاربران نهایی قرار می دهد.

پیشنهاد مولفه های VBN شامل به عنوان مثال است. Vibenite 290که به گفته شرکت سوئدی، سخت ترین فولاد جهان است (72 HRC). فرآیند ایجاد Vibenite 290 به این صورت است که به تدریج سختی مواد را تا . هنگامی که قطعات مورد نظر از این ماده خام چاپ می شوند، به پردازش دیگری به جز آسیاب یا EDM نیاز نیست. بدون نیاز به برش، فرز یا سوراخ کاری. بدین ترتیب این شرکت قطعاتی با ابعاد تا 200*200*380 میلی‌متر تولید می‌کند که هندسه آن‌ها را نمی‌توان با استفاده از سایر فناوری‌های ساخت تولید کرد.

فولاد همیشه مورد نیاز نیست. یک تیم تحقیقاتی از آزمایشگاه HRL یک راه حل چاپ سه بعدی توسعه داده است. آلیاژهای آلومینیوم با استحکام بالا نامیده می شود روش نانو عملکردی. به بیان ساده، تکنیک جدید شامل استفاده از پودرهای نانوعملکردی ویژه بر روی یک چاپگر سه بعدی است که سپس با لایه‌های نازک لیزری «سینتر» می‌شوند که منجر به رشد یک جسم سه‌بعدی می‌شود. در طول ذوب و انجماد، ساختارهای حاصل از بین نمی‌روند و استحکام کامل خود را حفظ می‌کنند زیرا نانوذرات به‌عنوان مراکز هسته‌زایی برای ریزساختار مورد نظر آلیاژ عمل می‌کنند.

آلیاژهای با مقاومت بالا مانند آلومینیوم به طور گسترده در صنایع سنگین، فناوری هوانوردی (به عنوان مثال بدنه) و قطعات خودرو استفاده می شود. فناوری جدید نانوعملکردی نه تنها به آنها استحکام بالایی می دهد، بلکه اشکال و اندازه های متنوعی نیز به آنها می دهد.

جمع به جای تفریق

در روش‌های سنتی فلزکاری، مواد زاید با ماشین‌کاری حذف می‌شوند. فرآیند افزودنی به صورت معکوس کار می کند - شامل اعمال و افزودن لایه های متوالی از مقدار کمی مواد، ایجاد قطعات XNUMX بعدی تقریباً هر شکل بر اساس یک مدل دیجیتال است.

اگرچه این تکنیک در حال حاضر به طور گسترده برای هر دو نمونه سازی و ریخته گری مدل استفاده می شود، استفاده از آن به طور مستقیم در تولید کالاها یا دستگاه های در نظر گرفته شده برای بازار به دلیل راندمان پایین و خواص نامطلوب مواد دشوار بوده است. با این حال، این وضعیت به لطف کار محققان بسیاری از مراکز در سراسر جهان به تدریج در حال تغییر است.

از طریق آزمایش های پر زحمت، دو فناوری اصلی چاپ XNUMXD بهبود یافته است: رسوب لیزری فلز (LMD) و ذوب لیزری انتخابی (ULM). فناوری لیزر امکان ایجاد دقیق جزئیات و به دست آوردن کیفیت سطح خوب را فراهم می کند که با چاپ پرتو الکترونی 50 بعدی (EBM) امکان پذیر نیست. در SLM، نقطه پرتو لیزر بر روی پودر ماده هدایت می‌شود و به صورت موضعی آن را طبق یک الگوی داده شده با دقت 250 تا 3 میکرون جوش می‌دهد. به نوبه خود، LMD از لیزر برای پردازش پودر برای ایجاد ساختارهای سه بعدی خود پشتیبانی استفاده می کند.

این روش ها برای ساخت قطعات هواپیما بسیار امیدوارکننده بوده است. و به ویژه، استفاده از رسوب لیزری فلز، امکانات طراحی اجزای هوافضا را گسترش می دهد. آنها را می توان از موادی با ساختارهای داخلی پیچیده و شیب هایی که در گذشته امکان پذیر نبود، ساخته شود. علاوه بر این، هر دو فناوری لیزر امکان ایجاد محصولاتی با هندسه پیچیده و به دست آوردن عملکرد گسترده محصولات از طیف گسترده ای از آلیاژها را ممکن می سازد.

سپتامبر گذشته، ایرباس اعلام کرد که A350 XWB تولیدی خود را به چاپ افزودنی مجهز کرده است. براکت تیتانیومی، ساخت شرکت آرکونیک. این پایان کار نیست، زیرا قرارداد آرکونیک با ایرباس امکان چاپ سه بعدی از پودر تیتانیوم نیکل را فراهم می کند. اعضای بدن i سیستم محرکه. با این حال، باید توجه داشت که Arconic از فناوری لیزر استفاده نمی کند، بلکه از نسخه بهبود یافته خود از قوس الکترونیکی EBM استفاده می کند.

یکی از نقاط عطف در توسعه فناوری های افزودنی در فلزکاری احتمالاً اولین نمونه اولیه است که در دفتر مرکزی گروه کشتی سازی دیمن هلند در پاییز 2017 ارائه شده است. ملخ کشتی آلیاژ فلزی به نام VAAMpeller. پس از آزمایش‌های مناسب، که اکثر آنها قبلاً انجام شده‌اند، این مدل فرصتی برای تأیید برای استفاده در کشتی‌ها دارد.

از آنجایی که آینده فناوری فلزکاری در پودرهای فولاد ضد زنگ یا اجزای آلیاژی نهفته است، بهتر است بازیگران اصلی این بازار را بشناسید. بر اساس "گزارش بازار پودر فلزات افزودنی تولید" منتشر شده در نوامبر 2017، مهمترین تولیدکنندگان پودرهای فلزی پرینت سه بعدی عبارتند از: GKN، هیتاچی شیمیایی، ریوتینتو، ATI Powder Metals، Praxair، Arconic، Sandvik AB، Renishaw، Höganäs. , Metaldyne Performance Group, BÖHLER Edelstahl, Carpenter Technology Corporation, Aubert & Duval.

چاپ پروانه WAAMpeller

فاز مایع

شناخته‌شده‌ترین فن‌آوری‌های افزودنی فلزی در حال حاضر بر استفاده از پودرها متکی هستند (اینگونه است که ویبنیت فوق‌الذکر ایجاد می‌شود) که در دماهای بالا مورد نیاز برای ماده اولیه «سینتر» و با لیزر ذوب می‌شوند. با این حال، مفاهیم جدیدی در حال ظهور هستند. محققان آزمایشگاه مهندسی Cryobiomedical آکادمی علوم چین در پکن روشی را توسعه داده اند. پرینت سه بعدی با "جوهر"، متشکل از یک آلیاژ فلزی با نقطه ذوب کمی بالاتر از دمای اتاق. در مطالعه‌ای که در مجله Science China Technological Sciences منتشر شد، محققان لیو جینگ و وانگ لی تکنیکی را برای چاپ فاز مایع آلیاژهای گالیم، بیسموت یا ایندیم با افزودن نانوذرات نشان دادند.

در مقایسه با روش های نمونه سازی سنتی فلزات، پرینت سه بعدی فاز مایع چندین مزیت مهم دارد. ابتدا می توان به نرخ نسبتا بالایی از ساخت سازه های سه بعدی دست یافت. علاوه بر این، در اینجا می توانید دما و جریان مایع خنک کننده را با انعطاف بیشتری تنظیم کنید. علاوه بر این، فلز رسانای مایع را می توان در ترکیب با مواد غیر فلزی (مانند پلاستیک) استفاده کرد که امکان طراحی اجزای پیچیده را افزایش می دهد.

دانشمندان دانشگاه نورث وسترن آمریکا همچنین یک تکنیک جدید پرینت سه بعدی فلزی را توسعه داده اند که ارزان تر و پیچیده تر از آنچه قبلا شناخته شده است. به جای پودر فلز، لیزر یا پرتوهای الکترونی، از آن استفاده می کند فر معمولی i مواد مایع. علاوه بر این، این روش برای طیف گسترده ای از فلزات، آلیاژها، ترکیبات و اکسیدها به خوبی کار می کند. این شبیه به مهر و موم نازل است که ما آن را با پلاستیک می شناسیم. "جوهر" از پودر فلزی تشکیل شده است که در ماده خاصی با افزودن یک الاستومر حل شده است. در زمان استفاده در دمای اتاق است. پس از آن، لایه مواد اعمال شده از نازل با لایه های قبلی در دمای بالا که در کوره ایجاد می شود، پخته می شود. این تکنیک در مجله تخصصی Advanced Functional Materials توضیح داده شده است.

روش چاپ فاز فلز مایع چینی

در سال 2016، محققان هاروارد روش دیگری را معرفی کردند که می تواند سازه های فلزی سه بعدی ایجاد کند. چاپ شده "در هوا". دانشگاه هاروارد یک چاپگر سه بعدی ساخته است که بر خلاف دیگران، اشیاء را لایه به لایه ایجاد نمی کند، بلکه ساختارهای پیچیده ای را "در هوا" ایجاد می کند - از انجماد آنی فلز. این دستگاه که در دانشکده مهندسی و علوم کاربردی John A. Paulson ساخته شده است، اجسام را با استفاده از نانوذرات نقره چاپ می کند. لیزر متمرکز، مواد را گرم می کند و آن را ذوب می کند و ساختارهای مختلفی مانند مارپیچ را ایجاد می کند.

تقاضای بازار برای محصولات مصرفی پرینت سه بعدی با دقت بالا مانند ایمپلنت های پزشکی و قطعات موتور هواپیما به سرعت در حال رشد است. و از آنجایی که داده‌های محصول را می‌توان با دیگران به اشتراک گذاشت، شرکت‌ها در سراسر جهان، اگر به پودر فلز و چاپگر سه بعدی مناسب دسترسی داشته باشند، می‌توانند برای کاهش هزینه‌های لجستیک و موجودی کار کنند. همانطور که مشخص است، فن آوری های توصیف شده تا حد زیادی ساخت قطعات فلزی با هندسه پیچیده را پیش از فناوری های تولید سنتی تسهیل می کند. توسعه برنامه‌های کاربردی تخصصی احتمالاً منجر به کاهش قیمت‌ها و باز بودن استفاده از چاپ سه بعدی در برنامه‌های معمولی نیز می‌شود.

سخت ترین فولاد سوئدی - برای چاپ سه بعدی:

سخت ترین فولاد جهان - ساخت اوپسالا، سوئد

فیلم آلومینیومی برای چاپ: 

پیشرفت در متالورژی: چاپ سه بعدی آلومینیوم با مقاومت بالا