Masa depan dalam bubuk

Perusahaan Swedia VBN Components memproduksi produk baja menggunakan teknologi aditif menggunakan bubuk dengan aditif, terutama alat seperti bor dan pemotong frais. Teknologi pencetakan 3D meniadakan kebutuhan akan penempaan dan pemesinan, mengurangi konsumsi bahan mentah, dan memberi pengguna akhir pilihan yang lebih luas dari bahan berkualitas tinggi.

Penawaran komponen VBN termasuk misalnya. Vibenite 290yang menurut perusahaan Swedia, adalah baja paling keras di dunia (72 HRC). Proses pembuatan Vibenite 290 adalah secara bertahap meningkatkan kekerasan material hingga. Setelah bagian yang diinginkan dicetak dari bahan mentah ini, tidak diperlukan pemrosesan lebih lanjut selain penggilingan atau EDM. Tidak ada pemotongan, penggilingan atau pengeboran diperlukan. Dengan demikian, perusahaan membuat suku cadang dengan dimensi hingga 200 x 200 x 380 mm, yang geometrinya tidak dapat diproduksi menggunakan teknologi manufaktur lainnya.

Baja tidak selalu dibutuhkan. Sebuah tim peneliti dari HRL Laboratories telah mengembangkan solusi pencetakan 3D. paduan aluminium dengan kekuatan tinggi. Itu disebut metode nanofungsi. Sederhananya, teknik baru ini terdiri dari penerapan bubuk nanofungsi khusus ke printer 3D, yang kemudian "disinter" dengan lapisan tipis laser, yang mengarah pada pertumbuhan objek tiga dimensi. Selama peleburan dan pemadatan, struktur yang dihasilkan tidak hancur dan mempertahankan kekuatan penuhnya karena nanopartikel bertindak sebagai pusat nukleasi untuk struktur mikro yang diinginkan dari paduan.

Paduan kekuatan tinggi seperti aluminium banyak digunakan dalam industri berat, teknologi penerbangan (misalnya badan pesawat) dan suku cadang otomotif. Teknologi baru fungsi nano memberi mereka tidak hanya kekuatan tinggi, tetapi juga berbagai bentuk dan ukuran.

Penambahan bukannya pengurangan

Dalam metode pengerjaan logam tradisional, bahan limbah dihilangkan dengan mesin. Proses aditif bekerja secara terbalik - ini terdiri dari penerapan dan penambahan lapisan berturut-turut dari sejumlah kecil material, membuat bagian XNUMXD dari hampir semua bentuk berdasarkan model digital.

Meskipun teknik ini sudah banyak digunakan baik untuk pembuatan prototipe maupun pengecoran model, penggunaannya secara langsung dalam produksi barang atau perangkat yang ditujukan untuk pasar menjadi sulit karena efisiensi yang rendah dan sifat material yang tidak memuaskan. Namun, situasi ini berangsur-angsur berubah berkat kerja para peneliti di banyak pusat di seluruh dunia.

Melalui eksperimen yang melelahkan, dua teknologi utama pencetakan XNUMXD telah ditingkatkan: deposisi laser logam (LMD) saya peleburan laser selektif (ULM). Teknologi laser memungkinkan untuk secara akurat membuat detail halus dan mendapatkan kualitas permukaan yang baik, yang tidak mungkin dilakukan dengan pencetakan berkas elektron (EBM) 50D. Di SLM, titik sinar laser diarahkan ke bubuk material, mengelasnya secara lokal sesuai dengan pola yang diberikan dengan akurasi 250 hingga 3 mikron. Pada gilirannya, LMD menggunakan laser untuk memproses bubuk untuk membuat struktur XNUMXD mandiri.

Metode ini telah terbukti sangat menjanjikan untuk membuat suku cadang pesawat. dan, khususnya, deposisi laser logam memperluas kemungkinan desain untuk komponen ruang angkasa. Mereka dapat dibuat dari bahan dengan struktur internal yang kompleks dan gradien yang tidak mungkin dilakukan di masa lalu. Selain itu, kedua teknologi laser memungkinkan untuk membuat produk dengan geometri kompleks dan memperoleh fungsionalitas produk yang diperluas dari berbagai paduan.

September lalu, Airbus mengumumkan telah melengkapi produksinya A350 XWB dengan pencetakan aditif. braket titanium, diproduksi oleh Arconic. Ini bukan akhir, karena kontrak Arconic dengan Airbus menyediakan pencetakan 3D dari bubuk titanium-nikel. bagian tubuh i sistem propulsi. Namun, perlu dicatat bahwa Arconic tidak menggunakan teknologi laser, tetapi versi busur elektronik EBM-nya yang disempurnakan.

Salah satu tonggak dalam pengembangan teknologi aditif dalam pengerjaan logam kemungkinan akan menjadi prototipe pertama yang disajikan di markas besar Grup Galangan Kapal Damen Belanda pada musim gugur 2017. baling-baling kapal paduan logam dinamai VAAMpeller. Setelah pengujian yang sesuai, yang sebagian besar telah dilakukan, model memiliki peluang untuk disetujui untuk digunakan di atas kapal.

Karena masa depan teknologi pengerjaan logam terletak pada bubuk atau komponen paduan baja tahan karat, ada baiknya mengenal pemain utama di pasar ini. Menurut "Laporan Pasar Bubuk Logam Manufaktur Aditif" yang diterbitkan pada November 2017, produsen paling penting dari serbuk logam pencetakan 3D adalah: GKN, Hitachi Chemical, Rio Tinto, ATI Powder Metals, Praxair, Arconic, Sandvik AB, Renishaw, Höganäs AB , Grup Pertunjukan Metaldyne, BÖHLER Edelstahl, Perusahaan Teknologi Tukang Kayu, Aubert & Duval.

Cetak baling-baling WAAMpeller

Fase cair

Teknologi aditif logam yang paling terkenal saat ini bergantung pada penggunaan bubuk (inilah cara membuat vibenite yang disebutkan di atas) "disinter" dan dilebur dengan laser pada suhu tinggi yang diperlukan untuk bahan awal. Namun, konsep-konsep baru muncul. Para peneliti dari Laboratorium Teknik Cryobiomedical dari Akademi Ilmu Pengetahuan China di Beijing telah mengembangkan sebuah metode Pencetakan 3D dengan "tinta", terdiri dari paduan logam dengan titik leleh sedikit di atas suhu kamar. Dalam sebuah penelitian yang diterbitkan dalam jurnal Science China Technological Sciences, peneliti Liu Jing dan Wang Lei mendemonstrasikan teknik untuk pencetakan fase cair dari galium, bismut, atau paduan berbasis indium dengan penambahan nanopartikel.

Dibandingkan dengan metode pembuatan prototipe logam tradisional, pencetakan 3D fase cair memiliki beberapa keunggulan penting. Pertama, tingkat fabrikasi struktur tiga dimensi yang relatif tinggi dapat dicapai. Selain itu, di sini Anda dapat lebih fleksibel mengatur suhu dan aliran cairan pendingin. Selain itu, logam konduktif cair dapat digunakan dalam kombinasi dengan bahan non-logam (seperti plastik), yang meningkatkan kemungkinan desain untuk komponen kompleks.

Para ilmuwan di American Northwestern University juga telah mengembangkan teknik pencetakan 3D logam baru yang lebih murah dan tidak rumit daripada yang diketahui sebelumnya. Alih-alih bubuk logam, laser atau berkas elektron, ia menggunakan oven konvensional i bahan cair. Selain itu, metode ini bekerja dengan baik untuk berbagai macam logam, paduan, senyawa, dan oksida. Ini mirip dengan segel nosel yang kita kenal dengan plastik. "Tinta" terdiri dari bubuk logam yang dilarutkan dalam zat khusus dengan penambahan elastomer. Pada saat aplikasi, itu pada suhu kamar. Setelah itu, lapisan bahan yang diterapkan dari nosel disinter dengan lapisan sebelumnya pada suhu tinggi yang dibuat di tungku. Teknik ini dijelaskan dalam jurnal khusus Advanced Functional Materials.

Metode Pencetakan Fase Logam Cair Cina

Pada tahun 2016, peneliti Harvard memperkenalkan metode lain yang dapat membuat struktur logam XNUMXD. dicetak "di udara". Universitas Harvard telah menciptakan printer 3D yang, tidak seperti yang lain, tidak membuat objek lapis demi lapis, tetapi menciptakan struktur kompleks "di udara" - dari logam yang langsung membeku. Perangkat, yang dikembangkan di John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences, mencetak objek menggunakan nanopartikel perak. Laser terfokus memanaskan material dan menggabungkannya, menciptakan berbagai struktur seperti heliks.

Permintaan pasar untuk produk konsumen cetak 3D presisi tinggi seperti implan medis dan suku cadang mesin pesawat berkembang pesat. Dan karena data produk dapat dibagikan dengan orang lain, perusahaan di seluruh dunia, jika mereka memiliki akses ke bubuk logam dan printer 3D yang tepat, dapat bekerja untuk mengurangi biaya logistik dan inventaris. Seperti yang Anda ketahui, teknologi yang dijelaskan sangat memudahkan pembuatan bagian logam dengan geometri kompleks, di depan teknologi produksi tradisional. Pengembangan aplikasi khusus kemungkinan akan mengarah pada harga yang lebih rendah dan keterbukaan terhadap penggunaan pencetakan 3D dalam aplikasi konvensional juga.

Baja Swedia terkeras - untuk pencetakan 3D:

Baja terkeras di dunia - dibuat di Uppsala, Swedia

Film aluminium untuk pencetakan: 

Terobosan dalam metalurgi: pencetakan 3D dari aluminium berkekuatan tinggi