Tương lai trong bột

Công ty Thụy Điển VBN Components sản xuất các sản phẩm thép bằng công nghệ phụ gia sử dụng bột với các chất phụ gia, chủ yếu là các dụng cụ như máy khoan và dao phay. Công nghệ in 3D giúp loại bỏ nhu cầu rèn và gia công, giảm tiêu thụ nguyên liệu thô và cung cấp cho người dùng cuối sự lựa chọn đa dạng hơn về vật liệu chất lượng cao.

Việc cung cấp các thành phần VBN bao gồm ví dụ: Vibenite 290mà theo công ty Thụy Điển, là loại thép cứng nhất trên thế giới (72 HRC). Quá trình tạo ra Vibenite 290 là tăng dần độ cứng của vật liệu lên đến. Sau khi các bộ phận mong muốn được in từ nguyên liệu thô này, không cần xử lý thêm ngoài mài hoặc EDM. Không cần cắt, phay hoặc khoan. Do đó, công ty tạo ra các bộ phận có kích thước lên đến 200 x 200 x 380 mm, kích thước hình học không thể sản xuất bằng công nghệ sản xuất khác.

Thép không phải lúc nào cũng cần thiết. Một nhóm nghiên cứu từ Phòng thí nghiệm HRL đã phát triển một giải pháp in 3D. hợp kim nhôm với độ bền cao. Nó được gọi là phương pháp chức năng nano. Nói một cách đơn giản, kỹ thuật mới bao gồm việc áp dụng các loại bột có chức năng nano đặc biệt vào một máy in 3D, sau đó chúng được “thiêu kết” với một lớp mỏng bằng tia laze, dẫn đến sự phát triển của một vật thể ba chiều. Trong quá trình nóng chảy và đông đặc, các cấu trúc tạo thành không bị phá hủy và giữ được độ bền đầy đủ của chúng do các hạt nano đóng vai trò là trung tâm tạo mầm cho cấu trúc vi mô dự kiến ​​của hợp kim.

Các hợp kim có độ bền cao như nhôm được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp nặng, công nghệ hàng không (ví dụ: thân máy bay) và các bộ phận ô tô. Công nghệ mới của chức năng nano mang lại cho chúng không chỉ độ bền cao mà còn có nhiều hình dạng và kích thước khác nhau.

Phép cộng thay vì phép trừ

Trong các phương pháp gia công kim loại truyền thống, vật liệu thải được loại bỏ bằng cách gia công. Quy trình phụ gia hoạt động ngược lại - nó bao gồm việc áp dụng và thêm các lớp liên tiếp của một lượng nhỏ vật liệu, tạo ra các bộ phận XNUMXD của hầu hết mọi hình dạng dựa trên mô hình kỹ thuật số.

Mặc dù kỹ thuật này đã được sử dụng rộng rãi cho cả việc tạo mẫu và đúc mô hình, nhưng việc sử dụng nó trực tiếp trong sản xuất hàng hóa hoặc thiết bị dành cho thị trường gặp nhiều khó khăn do hiệu quả thấp và tính chất vật liệu không đạt yêu cầu. Tuy nhiên, tình hình này đang dần thay đổi nhờ công của các nhà nghiên cứu ở nhiều trung tâm trên thế giới.

Thông qua quá trình thử nghiệm nghiêm ngặt, hai công nghệ chính của in XNUMXD đã được cải tiến: sự lắng đọng laze của kim loại (LMD) tôi nung chảy laser có chọn lọc (ULM). Công nghệ laser cho phép tạo ra các chi tiết nhỏ một cách chính xác và có được chất lượng bề mặt tốt, điều mà phương pháp in chùm điện tử 50D (EBM) không thể làm được. Trong SLM, điểm của chùm tia laze được hướng vào bột của vật liệu, hàn cục bộ nó theo một mẫu nhất định với độ chính xác từ 250 đến 3 micron. Đổi lại, LMD sử dụng tia laser để xử lý bột để tạo ra các cấu trúc XNUMXD tự hỗ trợ.

Những phương pháp này đã được chứng minh là rất hứa hẹn để tạo ra các bộ phận của máy bay. và đặc biệt, quá trình lắng đọng kim loại bằng tia laser mở rộng khả năng thiết kế cho các thành phần hàng không vũ trụ. Chúng có thể được làm từ vật liệu có cấu trúc bên trong phức tạp và độ dốc không thể làm được trong quá khứ. Ngoài ra, cả hai công nghệ laser đều có thể tạo ra các sản phẩm có dạng hình học phức tạp và có được chức năng mở rộng của các sản phẩm từ nhiều loại hợp kim.

Tháng 350 năm ngoái, Airbus thông báo rằng họ đã trang bị cho chiếc AXNUMX XWB sản xuất của mình tính năng in phụ gia. khung titan, được sản xuất bởi Arconic. Đây chưa phải là kết thúc, vì hợp đồng của Arconic với Airbus cung cấp dịch vụ in 3D từ bột titan-niken. bộ phận cơ thể i hệ thống đẩy. Tuy nhiên, cần lưu ý rằng Arconic không sử dụng công nghệ laser mà là phiên bản cải tiến của hồ quang điện tử EBM.

Một trong những dấu mốc quan trọng trong sự phát triển của công nghệ phụ gia trong gia công kim loại có thể là nguyên mẫu đầu tiên được giới thiệu tại trụ sở của Tập đoàn Damen Shipyards Hà Lan vào mùa thu năm 2017. chân vịt tàu hợp kim kim loại được đặt tên sau VAAMpeller. Sau các thử nghiệm thích hợp, hầu hết đã được thực hiện, mô hình này có cơ hội được chấp thuận sử dụng trên tàu.

Vì tương lai của công nghệ gia công kim loại nằm trong bột thép không gỉ hoặc các thành phần hợp kim, nên cần tìm hiểu những người chơi chính trên thị trường này. Theo "Báo cáo thị trường bột kim loại sản xuất phụ gia" được công bố vào tháng 2017 năm 3, các nhà sản xuất bột kim loại in XNUMXD quan trọng nhất là: 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.

Cánh quạt in WAAMpeller

Pha lỏng

Các công nghệ phụ gia kim loại nổi tiếng nhất hiện nay dựa vào việc sử dụng bột (đây là cách tạo ra vibenit đã nói ở trên) "thiêu kết" và nung chảy bằng laser ở nhiệt độ cao cần thiết cho nguyên liệu ban đầu. Tuy nhiên, các khái niệm mới đang xuất hiện. Các nhà nghiên cứu từ Phòng thí nghiệm Kỹ thuật Y sinh Điện tử của Học viện Khoa học Trung Quốc ở Bắc Kinh đã phát triển một phương pháp In 3D bằng "mực", bao gồm một hợp kim kim loại có nhiệt độ nóng chảy cao hơn một chút so với nhiệt độ phòng. Trong một nghiên cứu được công bố trên tạp chí Khoa học Công nghệ Trung Quốc, các nhà nghiên cứu Liu Jing và Wang Lei đã chứng minh kỹ thuật in pha lỏng của hợp kim dựa trên gali, bitmut hoặc indium với việc bổ sung các hạt nano.

So với các phương pháp tạo mẫu kim loại truyền thống, in 3D pha lỏng có một số lợi thế quan trọng. Đầu tiên, có thể đạt được tỷ lệ chế tạo cấu trúc ba chiều tương đối cao. Ngoài ra, tại đây bạn có thể điều chỉnh nhiệt độ và lưu lượng nước làm mát một cách linh hoạt hơn. Ngoài ra, kim loại dẫn điện lỏng có thể được sử dụng kết hợp với các vật liệu phi kim loại (như chất dẻo), giúp mở rộng khả năng thiết kế cho các thành phần phức tạp.

Các nhà khoa học tại Đại học Northwestern của Mỹ cũng đã phát triển một kỹ thuật in 3D kim loại mới rẻ hơn và ít phức tạp hơn những gì đã biết trước đây. Thay vì bột kim loại, tia laser hoặc chùm tia điện tử, nó sử dụng lò nướng thông thường i chất lỏng. Ngoài ra, phương pháp này hoạt động tốt với nhiều loại kim loại, hợp kim, hợp chất và oxit. Nó tương tự như con dấu vòi phun như chúng ta biết với chất dẻo. "Mực" bao gồm một loại bột kim loại được hòa tan trong một chất đặc biệt có bổ sung chất đàn hồi. Tại thời điểm áp dụng, nó ở nhiệt độ phòng. Sau đó, lớp vật liệu lắng đọng từ vòi phun được thiêu kết với các lớp trước đó ở nhiệt độ cao được tạo ra trong lò. Kỹ thuật này được mô tả trong tạp chí chuyên ngành Vật liệu chức năng nâng cao.

Phương pháp in pha kim loại lỏng của Trung Quốc

Năm 2016, các nhà nghiên cứu Harvard đã giới thiệu một phương pháp khác có thể tạo ra cấu trúc kim loại XNUMXD. in "in the air". Đại học Harvard đã tạo ra một máy in 3D, không giống như những máy khác, không tạo ra các vật thể theo từng lớp, mà tạo ra các cấu trúc phức tạp "trong không khí" - từ kim loại đóng băng ngay lập tức. Thiết bị này, được phát triển tại Trường Kỹ thuật và Khoa học Ứng dụng John A. Paulson, in các vật thể bằng cách sử dụng các hạt nano bạc. Tia laser hội tụ làm nóng vật liệu và nung chảy vật liệu, tạo ra nhiều cấu trúc khác nhau như một đường xoắn ốc.

Nhu cầu thị trường đối với các sản phẩm tiêu dùng được in 3D có độ chính xác cao như thiết bị cấy ghép y tế và các bộ phận động cơ máy bay đang tăng lên nhanh chóng. Và bởi vì dữ liệu sản phẩm có thể được chia sẻ với những người khác, các công ty trên khắp thế giới, nếu họ có quyền truy cập vào bột kim loại và máy in 3D phù hợp, có thể làm việc để giảm chi phí hậu cần và hàng tồn kho. Như đã biết, các công nghệ được mô tả tạo điều kiện thuận lợi rất nhiều cho việc sản xuất các bộ phận kim loại có dạng hình học phức tạp, đi trước các công nghệ sản xuất truyền thống. Sự phát triển của các ứng dụng chuyên biệt có khả năng dẫn đến giá thành thấp hơn và mở rộng hơn cho việc sử dụng in 3D trong các ứng dụng thông thường.

Thép Thụy Điển cứng nhất - để in 3D:

Thép cứng nhất thế giới - sản xuất tại Uppsala, Thụy Điển

Màng nhôm để in: 

Đột phá trong luyện kim: In 3D nhôm độ bền cao