Fabricarea aditivă în noi dimensiuni

În ultimii ani, pionierii producției aditive, investițiile miliardare ale unor mari constructori de mașini și dezvoltatori de tehnologii, au împins producția aditivă într-o fază ascendentă abruptă prin dezvoltarea de metale tipărite și tehnologii de imprimare a metalelor. Nici producătorii de gaze industriale nu pot fi lăsați în urmă, așa că se lucrează intens la testarea efectelor gazelor de protecție necesare pentru noile procese.

În timp ce piesele realizate anterior cu tehnologii de imprimare a metalelor au revoluționat producția de prototipuri prin reducerea timpului de prototipare cu 70 până la 75 la sută, în prezent producția de serie este pe primul plan. În domeniul producției de componente, imprimarea metalică aditivă este capabilă să producă componente cu geometrii complexe cu 40 până la 85% mai rapide decât procesele tradiționale. Din ce în ce mai multe piese tipărite din metal din piesele finite îndeplinesc inspecțiile stricte și primesc aprobarea tehnologiei de producție.

Există un mare interes în fabricarea aditivă în industria aerospațială, auto, energetică și medicală, inclusiv proteze și organe personalizate. Pierderea în greutate este adevărata forță motrice în industria aerospațială și auto. În sectorul energetic, tipărirea joacă un rol imens în crearea lamelor de turbină și a injectoarelor complexe de combustibil. Din ce în ce mai multe produse sunt experimentate prin înlocuirea proceselor tradiționale cu tehnologie inovatoare.

Produse noi pentru producția aditivă

Gazele sunt invizibile, dar rolul lor este important în fabricarea aditivă. În funcție de proces sau de materia primă, gazele de puritate diferită sunt utilizate pentru sarcini de protecție, transport sau răcire. Messer a creat un nou grup de produse pentru procedurile aditive numit Addline.

Gazele joacă un rol important în producția de materii prime, pulberi metalice de calitate și în menținerea umezelii și a oxigenului departe în mediul de imprimare 3D, precum și în afectarea procesului rapid de topire și solidificare. Prezența oxigenului nu este de dorit în producția de materii prime sau în imprimarea 3D, deoarece oxizii rezultați afectează negativ calitatea produsului final, afectează negativ forma pulberilor, proprietățile mecanice și imprimabilitatea produselor tipărite. Prin urmare, în producția de pulberi metalice și în mediul de producție aditiv, obiectivul este de a furniza niveluri de oxigen sub 100 ppm (0,01%). Gazele utilizate pentru aceasta sunt de puritate 5,0 (99,999%) și pot conține mai puțin de 2 ppm O2 și nu mai mult de 3 ppm H2O. Pentru a asigura calitatea potrivită, imprimantele 3D moderne nu doar curăță zona de lucru cu gaz de protecție, ci și aspiră, apoi umpleți-o cu gazul de protecție potrivit și începeți imprimarea.

Noutăți în producția de materii prime

Versiunile îmbunătățite ale tehnologiilor de atomizare cu plasmă, gaz și configurație, care sunt potrivite pentru producerea de pulberi metalice de înaltă calitate, joacă un rol semnificativ în producția de materii prime. În procesele de atomizare a gazelor, materia primă în formă de tijă este topită prin inducție sau prin arcare cu plasmă. Gazul este trecut prin duze în jurul fluxului de metal lichid, care suferă o scădere semnificativă de presiune din cauza expansiunii și schimbă natura fluxului topit. Dacă topitura este supraîncălzită corespunzător, aceasta se transformă dintr-o formă cilindrică mai întâi într-un con, o panglică, o elipsă și apoi o sferă. Gazul utilizat pentru atomizare - azot, argon sau heliu - va afecta și proprietățile pulberii rezultate, în funcție de proprietățile topiturii. Abaterea de la forma sferică se datorează formării de oxizi solizi, care se formează pe suprafața particulelor. Formarea oxidului mărește drastic viscozitatea și aceasta previne formarea picăturilor sferice. Prin urmare, este recomandabil să mențineți cantitatea de oxigen cât mai mică posibil.

Dezvoltarea rapidă în industria aerospațială are, de asemenea, o repercusiune asupra reînnoirii tehnologice a imprimării 3D. Multe materiale noi tipărite, cum ar fi Scalmalloy (un aliaj de skadmiu, aluminiu, magneziu), se datorează faptului că prelucrarea aditivă a devenit un proces de fabricație popular în această industrie. Producătorii de materii prime oferă, de asemenea, pulberi de calitate tot mai bună și diametre de particule din ce în ce mai mici (15-50 µm). Datorită acestora, rugozitatea suprafeței produselor tipărite este redusă, adică permit imprimarea straturilor mai subțiri și a detaliilor mai fine.

Variante procedurale

Tehnologii cu pat de praf Topirea cu fascicul laser este, de asemenea, adesea denumită imprimare 3D metalică, Fusion Bed Fusion sau Topire selectivă cu laser. Laserul construiește piesa de prelucrat strat cu strat dintr-un pat de praf dintr-un recipient. Versiunile de marcă sunt DMLS (Direct Metal Laser Sintering) sau Laser Cusing sau SLM (Selectiv Laser Melting). În tehnologiile cu pat de pulbere, contactul prafului metalic cu oxigenul sau umezeala duce la degradarea sa progresivă. Acest lucru poate fi evitat folosind gaze cu o puritate adecvată. În funcție de materia primă, variantele procesului utilizează argon, heliu sau azot pentru a proteja patul de praf sau topirea.

Tehnologia EBM (Electron Beam Melting) funcționează și cu pulbere de metal, unde un fascicul de electroni generează cantitatea de căldură necesară pentru fuziune. Acest proces nu necesită gaze de protecție, deoarece este prelucrat sub vid.

Tehnologii de acoperire cu pulbere Sudarea cu suprafață cu laser, cunoscută și sub denumirea de depunere laser de metal (LMD), depunere directă de energie sau placare cu laser, implică procese în care pulberea de metal este introdusă automat printr-una sau mai multe duze și topită într-un strat subțire de un fascicul laser. În funcție de dimensiunea punctului de focalizare, la suprafață se formează lățimi diferite de suturi de omidă. Procesele pot fi realizate simultan cu pulberi de diferite compoziții. Cu varianta de proces DMLM (Direct Metal Laser Topting), putem lucra cu straturi de până la 20 µm grosime, de asemenea, în pulbere de metal stratificat. Aceste procese folosesc argon, heliu sau azot pentru a transporta praful și a-l proteja de praf. În versiunea de sudare prin suprapunere cu plasmă, sursa de căldură este asigurată de arcul cu plasmă. Acest lucru necesită gaze plasmatice (Ar, N2, Ar + 5% H2 și N2 + 35% H2) și gaze de protecție (Ar, He).

Tehnologii de alimentare cu sârmă Practic toate sursele de energie (laser, plasmă, arc electric) pot fi utilizate pentru variantele de proces aditiv alimentate cu fir. Procesele de aditivare a gazelor protejate prin sudare au suferit, de asemenea, o dezvoltare semnificativă. Acest lucru este mult îmbunătățit prin dezvoltarea de comenzi de înaltă precizie, acționări și variante de proces de sudare adaptive pentru roboții de sudură, care permit crearea corpurilor cu pereți subțiri prin sudare și proiectarea structurilor complexe prin aplicarea parametrilor de sudare într-un interval foarte îngust. Gazul de protecție cu argon este utilizat în principal pentru acestea.

„Dacă temperamentele sunt mari, încep cele mari”

2017 este anul anunțării unor colaborări și cooperări extraordinare. Cei mai importanți jucători din domeniul energiei din lume, principalii producători de vehicule, își unesc forțele cu producătorii de dispozitive aditive și sisteme robotice, precum și cu dezvoltatorii de software, pentru a da un nou impuls dezvoltării tehnologiilor aditive. Scopul general este dezvoltarea, validarea și introducerea pe scară largă și diseminarea tehnologiilor aditive în producția de serie. Provocarea producătorilor de gaze este de a studia efectele ecranării amestecurilor de gaze din diferite compoziții.

Există încă multe provocări în fața dezvoltatorilor de tehnologii aditive, dar nu există nicio îndoială că vom vedea în curând rezultatele unei astfel de colaborări concentrate.