อนาคตในแป้ง

บริษัท VBN Components ของสวีเดนผลิตผลิตภัณฑ์เหล็กโดยใช้เทคโนโลยีสารเติมแต่งโดยใช้ผงที่มีสารเติมแต่ง ซึ่งส่วนใหญ่เป็นเครื่องมือ เช่น ดอกสว่านและดอกกัด เทคโนโลยีการพิมพ์ 3D ขจัดความจำเป็นในการตีขึ้นรูปและการตัดเฉือน ลดการใช้วัตถุดิบ และให้ผู้ใช้มีตัวเลือกวัสดุคุณภาพสูงที่กว้างขึ้น

ข้อเสนอของส่วนประกอบ VBN ได้แก่ ไวเบไนต์ 290ซึ่งตามที่บริษัทสวีเดนระบุว่าเป็นเหล็กกล้าที่แข็งที่สุดในโลก (72 HRC) ขั้นตอนการสร้าง Vibenite 290 คือค่อยๆ เพิ่มความแข็งของวัสดุได้ถึง เมื่อพิมพ์ชิ้นส่วนที่ต้องการจากวัตถุดิบนี้แล้ว ไม่จำเป็นต้องดำเนินการอื่นใดนอกจากการเจียรหรือ EDM ไม่จำเป็นต้องตัด กัด หรือเจาะ ดังนั้น บริษัทจึงสร้างชิ้นส่วนที่มีขนาดสูงสุด 200 x 200 x 380 มม. ซึ่งไม่สามารถผลิตรูปทรงโดยใช้เทคโนโลยีการผลิตอื่นได้

เหล็กไม่จำเป็นเสมอไป ทีมวิจัยจาก HRL Laboratories ได้พัฒนาโซลูชันการพิมพ์ 3 มิติ โลหะผสมอลูมิเนียม มีความแข็งแรงสูง มันถูกเรียกว่า วิธีการนาโนฟังก์ชัน. พูดง่ายๆ ก็คือ เทคนิคใหม่นี้ประกอบด้วยการใช้ผงนาโนฟังก์ชันพิเศษกับเครื่องพิมพ์ 3 มิติ จากนั้นจะ "เผา" ด้วยเลเซอร์ชั้นบางๆ ซึ่งนำไปสู่การเติบโตของวัตถุสามมิติ ในระหว่างการหลอมและการแข็งตัว โครงสร้างที่ได้จะไม่ถูกทำลายและคงความแข็งแรงไว้ได้เต็มที่เนื่องจากอนุภาคนาโนที่ทำหน้าที่เป็นศูนย์กลางของนิวเคลียสสำหรับโครงสร้างจุลภาคที่ตั้งใจไว้ของโลหะผสม

โลหะผสมที่มีความแข็งแรงสูง เช่น อลูมิเนียม มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมหนัก เทคโนโลยีการบิน (เช่น ลำตัวเครื่องบิน) และชิ้นส่วนยานยนต์ เทคโนโลยีใหม่ของนาโนฟังก์ชันช่วยให้พวกเขามีความแข็งแรงสูง แต่ยังมีรูปร่างและขนาดที่หลากหลาย

การบวกแทนการลบ

ด้วยวิธีการตัดเฉือนแบบดั้งเดิม วัสดุเหลือทิ้งจะถูกลบออกโดยการตัดเฉือน กระบวนการเติมแต่งทำงานย้อนกลับ - ประกอบด้วยการใช้และเพิ่มชั้นของวัสดุจำนวนเล็กน้อยต่อเนื่องกัน การสร้างชิ้นส่วน XNUMX มิติของเกือบทุกรูปร่างตามแบบจำลองดิจิทัล

แม้ว่าเทคนิคนี้จะใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับทั้งการสร้างต้นแบบและการหล่อแบบจำลอง แต่การใช้โดยตรงในการผลิตสินค้าหรืออุปกรณ์สำหรับตลาดนั้นทำได้ยากเนื่องจากประสิทธิภาพต่ำและคุณสมบัติของวัสดุไม่น่าพอใจ อย่างไรก็ตาม สถานการณ์นี้ค่อยๆ เปลี่ยนไปตามผลงานของนักวิจัยในศูนย์ต่างๆ ทั่วโลก

จากการทดลองอย่างอุตสาหะ เทคโนโลยีหลักสองประการของการพิมพ์ XNUMXD ได้รับการปรับปรุง: เลเซอร์ทับถมของโลหะ (LMD) ฉัน เลือกเลเซอร์ละลาย (ULM). เทคโนโลยีเลเซอร์ทำให้สามารถสร้างรายละเอียดได้อย่างแม่นยำและได้พื้นผิวที่มีคุณภาพดี ซึ่งไม่สามารถทำได้ด้วยการพิมพ์ลำแสงอิเล็กตรอนแบบ 50D (EBM) ใน SLM จุดลำแสงเลเซอร์จะพุ่งไปที่ผงของวัสดุ โดยเชื่อมตามรูปแบบที่กำหนดโดยมีความแม่นยำ 250 ถึง 3 ไมครอน ในทางกลับกัน LMD ใช้เลเซอร์ในการประมวลผลผงเพื่อสร้างโครงสร้าง XNUMX มิติที่รองรับตัวเอง

วิธีการเหล่านี้ได้รับการพิสูจน์แล้วว่ามีแนวโน้มที่ดีในการสร้างชิ้นส่วนเครื่องบิน และโดยเฉพาะอย่างยิ่ง การใช้เลเซอร์ทับถมโลหะจะขยายความเป็นไปได้ในการออกแบบสำหรับส่วนประกอบการบินและอวกาศ พวกเขาสามารถทำจากวัสดุที่มีโครงสร้างภายในที่ซับซ้อนและการไล่ระดับสีที่ไม่สามารถทำได้ในอดีต นอกจากนี้ เทคโนโลยีเลเซอร์ทั้งสองยังทำให้สามารถสร้างผลิตภัณฑ์ที่มีรูปทรงที่ซับซ้อน และรับฟังก์ชันการทำงานเพิ่มเติมของผลิตภัณฑ์จากโลหะผสมที่หลากหลาย

เมื่อเดือนกันยายนที่ผ่านมา แอร์บัสได้ประกาศว่าได้ติดตั้ง A350 XWB สำหรับการผลิตด้วยการพิมพ์แบบเติมเนื้อวัสดุ วงเล็บไทเทเนียมผลิตโดย Arconic นี่ไม่ใช่จุดจบ เนื่องจากสัญญาของ Arconic กับ Airbus มีไว้สำหรับการพิมพ์ 3 มิติจากผงไทเทเนียม-นิกเกิล ส่วนของร่างกาย i ระบบขับเคลื่อน. อย่างไรก็ตาม ควรสังเกตว่า Arconic ไม่ได้ใช้เทคโนโลยีเลเซอร์ แต่เป็นรุ่นปรับปรุงของส่วนโค้งอิเล็กทรอนิกส์ EBM

หนึ่งในเหตุการณ์สำคัญในการพัฒนาเทคโนโลยีสารเติมแต่งในงานโลหะน่าจะเป็นต้นแบบแรกที่นำเสนอที่สำนักงานใหญ่ของ Dutch Damen Shipyards Group ในฤดูใบไม้ร่วงปี 2017 ใบพัดเรือ โลหะผสมที่ตั้งชื่อตาม VAAMpeller. หลังจากการทดสอบที่เหมาะสม ซึ่งส่วนใหญ่ได้เกิดขึ้นแล้ว โมเดลดังกล่าวมีโอกาสที่จะได้รับการอนุมัติให้ใช้งานบนเรือได้

เนื่องจากอนาคตของเทคโนโลยีโลหะการอยู่ในผงสแตนเลสหรือส่วนประกอบโลหะผสม จึงคุ้มค่าที่จะทำความรู้จักผู้เล่นหลักในตลาดนี้ จากรายงานของ "Additive Manufacturing Metal Powder Market Report" ที่เผยแพร่เมื่อเดือนพฤศจิกายน 2017 ผู้ผลิตผงโลหะสำหรับการพิมพ์ 3 มิติที่สำคัญที่สุด ได้แก่ 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

พิมพ์ใบพัด WAAMpeller

เฟสของเหลว

เทคโนโลยีสารเติมแต่งโลหะที่เป็นที่รู้จักดีที่สุดในปัจจุบันอาศัยการใช้ผง (นี่คือวิธีการสร้างไวบไนต์ดังกล่าว) "เผา" และหลอมด้วยเลเซอร์ที่อุณหภูมิสูงที่จำเป็นสำหรับวัสดุเริ่มต้น อย่างไรก็ตาม แนวความคิดใหม่กำลังเกิดขึ้น นักวิจัยจากห้องปฏิบัติการวิศวกรรม Cryobiomedical ของ Chinese Academy of Sciences ในกรุงปักกิ่งได้พัฒนาวิธีการ การพิมพ์ 3 มิติด้วย "หมึก"ซึ่งประกอบด้วยโลหะผสมที่มีจุดหลอมเหลวสูงกว่าอุณหภูมิห้องเล็กน้อย ในการศึกษาที่ตีพิมพ์ในวารสาร Science China Technological Sciences นักวิจัย Liu Jing และ Wang Lei ได้สาธิตเทคนิคการพิมพ์แกลเลียม บิสมัท หรือโลหะผสมในเฟสของเหลวด้วยการเติมอนุภาคนาโน

เมื่อเทียบกับวิธีการสร้างต้นแบบโลหะแบบดั้งเดิม การพิมพ์ 3 มิติแบบเฟสของเหลวมีข้อดีที่สำคัญหลายประการ ประการแรก อัตราการประดิษฐ์โครงสร้างสามมิติที่ค่อนข้างสูงสามารถทำได้ นอกจากนี้ ที่นี่ คุณสามารถปรับอุณหภูมิและการไหลของน้ำหล่อเย็นได้อย่างยืดหยุ่นมากขึ้น นอกจากนี้ โลหะนำไฟฟ้าเหลวยังสามารถใช้ร่วมกับวัสดุที่ไม่ใช่โลหะ (เช่น พลาสติก) ได้ ซึ่งช่วยเพิ่มโอกาสในการออกแบบสำหรับส่วนประกอบที่ซับซ้อน

นักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัย American Northwestern ยังได้พัฒนาเทคนิคการพิมพ์โลหะ 3D แบบใหม่ที่มีราคาถูกลงและซับซ้อนน้อยกว่าที่เคยรู้จัก แทนที่จะใช้ผงโลหะ เลเซอร์ หรือคานอิเล็กตรอน ใช้ เตาอบธรรมดา i วัสดุของเหลว. นอกจากนี้ วิธีการนี้ใช้ได้ผลดีกับโลหะ โลหะผสม สารประกอบ และออกไซด์หลากหลายชนิด คล้ายกับซีลหัวฉีดที่เรารู้จักกับพลาสติก "หมึก" ประกอบด้วยผงโลหะที่ละลายในสารพิเศษด้วยการเติมอีลาสโตเมอร์ ในขณะที่ใช้คือที่อุณหภูมิห้อง หลังจากนั้น ชั้นของวัสดุที่สะสมจากหัวฉีดจะถูกเผาด้วยชั้นก่อนหน้าที่อุณหภูมิสูงที่สร้างขึ้นในเตาเผา เทคนิคนี้อธิบายไว้ในวารสารเฉพาะทาง Advanced Functional Materials

วิธีการพิมพ์เฟสโลหะเหลวของจีน

ในปี 2016 นักวิจัยของฮาร์วาร์ดได้แนะนำวิธีการอื่นที่สามารถสร้างโครงสร้างโลหะ XNUMX มิติได้ พิมพ์ "ในอากาศ". มหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ดได้สร้างเครื่องพิมพ์ 3 มิติซึ่งไม่เหมือนกับที่อื่นๆ โดยไม่ได้สร้างวัตถุทีละชั้น แต่สร้างโครงสร้างที่ซับซ้อน "ในอากาศ" - จากโลหะที่แช่แข็งทันที อุปกรณ์นี้พัฒนาขึ้นที่โรงเรียนวิศวกรรมศาสตร์และวิทยาศาสตร์ประยุกต์ John A. Paulson พิมพ์วัตถุโดยใช้อนุภาคนาโนสีเงิน เลเซอร์ที่โฟกัสจะทำให้วัสดุร้อนและหลอมรวมเข้าด้วยกัน ทำให้เกิดโครงสร้างต่างๆ เช่น เกลียว

ความต้องการของตลาดสำหรับผลิตภัณฑ์อุปโภคบริโภคที่พิมพ์ 3 มิติที่มีความแม่นยำสูง เช่น การปลูกถ่ายทางการแพทย์และชิ้นส่วนเครื่องยนต์อากาศยานกำลังเติบโตอย่างรวดเร็ว และเนื่องจากข้อมูลผลิตภัณฑ์สามารถแชร์กับผู้อื่นได้ บริษัทต่างๆ ทั่วโลก หากพวกเขาสามารถเข้าถึงผงโลหะและเครื่องพิมพ์ 3 มิติที่เหมาะสม ก็สามารถทำงานเพื่อลดต้นทุนด้านโลจิสติกส์และสินค้าคงคลังได้ ดังที่ทราบกันดีว่าเทคโนโลยีที่อธิบายไว้ช่วยอำนวยความสะดวกในการผลิตชิ้นส่วนโลหะที่มีรูปทรงที่ซับซ้อนได้อย่างมาก นำหน้าเทคโนโลยีการผลิตแบบดั้งเดิม การพัฒนาแอพพลิเคชั่นเฉพาะทางมีแนวโน้มที่จะนำไปสู่ราคาที่ต่ำกว่าและการเปิดกว้างให้กับการใช้การพิมพ์ 3 มิติในแอพพลิเคชั่นทั่วไปเช่นกัน

เหล็กกล้าสวีเดนที่แข็งที่สุด - สำหรับการพิมพ์ 3 มิติ:

เหล็กกล้าที่แข็งที่สุดในโลก - ผลิตใน Uppsala ประเทศสวีเดน

ฟิล์มอลูมิเนียมสำหรับการพิมพ์: 

ความก้าวหน้าทางโลหะวิทยา: การพิมพ์ 3 มิติของอะลูมิเนียมความแข็งแรงสูง