Nguyên tắc làm việc của in 3D kim loại trong thiết bị công nghiệp là gì?

Trái tim của công nghệ: Một sự thay đổi trong sản xuất từ ​​trừ sang sản xuất phụ gia
Phần quan trọng nhất củain 3D kim loạiđang đặt các thành phần kim loại xuống chính xác đúng cách, được thực hiện trực tiếp bởi các mô hình kỹ thuật số. Điều này hoàn toàn thay đổi chu kỳ sản xuất "Xử lý trống" điển hình. Thiết bị BLT BLT - S1500 có hệ thống quét đồng bộ 10 laser cho phép nó in với độ chính xác cao nhất 0,06mm mỗi lớp trong buồng hình thành rộng 1,5 mét. Có bốn bước chính trong quy trình làm việc của nó:
Mô hình hóa và cắt ở dạng kỹ thuật số: Sử dụng phần mềm CAD để tạo các mô hình 3D, sau đó sử dụng phần mềm cắt như ma thuật để biến chúng thành các tệp STL có thể đọc được. Đặt độ dày lớp thành 0,02 Hàng0,1 mm phụ thuộc vào chất lượng của vật liệu.
Tiền xử lý bột: Thiết bị trải bột trải đều có lớp vỏ hợp kim Titanium hình cầu trên bàn làm việc trong môi trường chân không hoặc trơ. Độ dày lớp được kiểm soát trong vòng ± 5 μ m.
Sự tan chảy chọn lọc với chùm năng lượng - cao: Thiết bị đo điện kế laser di chuyển với tốc độ 20m/s so với lớp dòng hiện tại -, làm tan chảy bột vào một bể kim loại lỏng. Marangoni đối lưu sau đó giúp kim loại trở nên dày đặc và hóa rắn hơn.
Lớp bằng cách xếp chồng lên lớp: bàn làm việc được hạ xuống bởi độ dày của một lớp và chu kỳ lắng đọng bột, tan chảy và hóa rắn được lặp lại cho đến khi một vật kim loại có mật độ gần 100% được tạo ra.
Cách làm mới này đã tăng tỷ lệ sử dụng vật liệu từ 10%20%trong các phương pháp cũ lên trên 90%. Ví dụ, phiên bản in 3D của Ghế mang điện chính của GE của GE nhẹ hơn 40% so với các bộ phận giả và cắt giảm thời gian phát triển từ 18 tháng xuống còn 3 tháng. Năm thủ tục chính khác nhau về mặt công nghệ.
Có hai loại công nghệ in 3D kim loại chính được sử dụng trong công nghiệp ngay bây giờ: giường bột nóng chảy và lắng đọng năng lượng định hướng. Có sự khác biệt lớn giữa chúng về các tính năng công nghệ của chúng và các tình huống mà chúng có thể được sử dụng:
1. Phương pháp tan chảy giường bột
Sự nóng chảy laser có chọn lọc (SLM): Nó có thể cắt các hợp kim titan, niken - hợp kim dựa trên và thép không gỉ 17-4PH với laser sợi sử dụng 1000 đến 2000W của gương tập trung và năng động để tạo ra một điểm rộng 0,05mm. Công nghệ hợp tác laser kép của Platinum Technology đã giúp in nhanh hơn 200% và cắt giảm chi phí làm cho vòi phun nhiên liệu của động cơ hàng không xuống 65% cho mỗi thành phần.
Tia điện tử tan chảy chọn lọc (EBSM) là một phương pháp sử dụng chùm electron 30kW để hoạt động trong chân không và quét với tốc độ 8M/s. Tốt nhất là làm việc với các kim loại với các điểm nóng chảy cao, như tan và vonfram. Siemens Energy sử dụng công nghệ này để chế tạo các tấm ống phát hơi hạt nhân. Nó cắt số lượng mối hàn từ 127 xuống 3 và giảm 90%nguy cơ rò rỉ.
Phương pháp lắng đọng năng lượng theo chỉ đạo Laser gần hình thành NETT (Lens): Hệ thống cho ăn bột đồng trục gửi bột kim loại với đường kính 45 thép106 μm vào khu vực lấy nét laser để làm vật liệu độ dốc. Sử dụng công nghệ này, Honeywell đã tạo ra đĩa tuabin bimetallic Ti6AL4V/Inconel 718 có khả năng chống mỏi nhiệt gấp ba lần.
Sản xuất phụ gia ARC (WAAM): Phương pháp này sử dụng vòng cung hàn MIG/TIG làm nguồn nhiệt và có thể gửi tới 8 kg/h, làm cho nó tốt để tạo ra các bộ phận cấu trúc lớn. Công nghệ in 3D cho các trục đẩy biển do CSIC 725 sản xuất đã cắt giảm 40% chi phí vật liệu và tăng tốc 70% sản lượng.
Những bước tiến lớn trong khoa học vật liệu
Hệ thống vật liệu cho in 3D kim loại đang thay đổi từ các hợp kim tiêu chuẩn sang các hợp kim tiêu chuẩn và thông minh:
Phát triển Hợp kim hiệu suất - cao: Nhóm Shagang đã tạo ra Niken GTD222 - High - Hợp kim nhiệt độ để đáp ứng nhu cầu trong ngành hàng không. Nó có độ bền kéo 1200MPa ở 650 độ, cao hơn 25% so với vật liệu GH4169 thông thường.
Multi - Công nghệ tổng hợp vật liệu: Bằng cách thay đổi kích thước của các hạt bột (ví dụ, bột cơ sở 45 μM và bột tinh chế 15 μM), kích thước hạt của hợp kim titan có thể giảm từ 50 μM xuống còn 10 μM, tạo cho nó tuổi thọ mệt mỏi hơn 10 chu kỳ.
Sử dụng vật liệu thông minh: Để tạo một van thích ứng có thể tự động thay đổi lỗ mở từ 40 đến 80 độ, các hạt hợp kim bộ nhớ hình dạng được cấy vào thép không gỉ 316L. Độ không chính xác được giữ ở mức ± 0,5 độ.
Lớp thâm nhập sâu vào công nghiệp - sử dụng
Ba khu vực công nghiệp High - đã sử dụng rất nhiều công nghệ in 3D kim loại:
Không gian vũ trụ: Máy bay Airbus A350XWB có giá đỡ hợp kim titan in 3D giúp cấu trúc nhẹ hơn 30% và hiệu quả nhiên liệu tốt hơn 2%. Dự án động cơ Ultrafan của Rolls Royce đã sử dụng công nghệ in 3D để cắt số lưỡi máy nén từ 36 xuống 18. Điều này làm cho lực đẩy - xuống - Tỷ lệ trọng lượng cao hơn 15%.
Công cụ năng lượng: Công suất hạt nhân thế hệ thứ tư High - Máy tạo hơi nước làm mát khí nhiệt độ do Công ty đầu tư trạng thái sử dụng Niken in 3D - Các ống truyền nhiệt hợp kim dựa trên. Điều này làm cho hiệu quả truyền nhiệt 92%, cao hơn 8 điểm phần trăm so với các thiết kế truyền thống.
BMW Group đã sử dụng các khay pin hợp kim nhôm in 3D trong mô hình xe điện IX3. Điều này làm cho chiếc xe nhẹ hơn 12 kg và tăng phạm vi NEDC của nó lên 15 km.