Учащиеся в Eth Zurich разработали лазерную порошковую машину слияния, которая следует за круглой дорожкой инструмента для печатных круглых компонентов, что позволяет одновременно обрабатывать несколько металлов. Система значительно сокращает время производства и открывает новые возможности для аэрокосмической и промышленности. ETH подал патентную заявку на машину, и результаты опубликованы вCIRP Annals.
Сегодня практически все современные ракетные двигатели полагаются на 3D -печать, чтобы максимизировать их производительность с жесткой связью между структурой и функцией. Студенты в Eth Zurich теперь построили высокий - Speed Multi - Материал металлического принтера: машина слияния с лазерным порошковым слоем, которая поворачивает порошок осаждения и насадки по потоку газа во время печати, что означает, что он может обрабатывать несколько металлов одновременно и без процесса мертвого времени. Машина может в корне изменить 3D -печать металлических деталей, что приведет к значительному сокращению времени и стоимости производства.
Команда из шести студентов бакалавра в их пятом и шестом семестрах разработала новую машину в передовой производственной лаборатории под руководством профессора Эт Маркус Бамбах и старшего ученого Майкла Такмера в рамках актуального проекта. Всего за девять месяцев студенты осознали, построили и проверили свою идею. Машина особенно нацелена на применение в аэрокосмической промышленности с приблизительно цилиндрической геометрией, такими как ракетные форсунки и турбомашины, но также представляет широкий интерес для машиностроения.
Обеспечение доступа к передовым технологиям
Ведущий проекта Такер объясняет, что проект возник из -за очень специфической задачи: разработка BI - Liquid - заправленных ракетных форсунок для ARIS, швейцарской академической космической инициативы, которая строит свои собственные ракеты с видениями в космосе. В течение следующих нескольких лет ARIS стремится достичь линии Кармана - международно признанной границы пространства, установленной на высоте 100 километров, за пределами которой атмосфера слишком тонкая, чтобы поддерживать полеты на самолетах без особого движения.
Чтобы противостоять интенсивному тепло и давлению в течение расширенного запуска, ракетные форсунки в идеале должны быть сделаны из нескольких металлов. Например, их интерьер может быть изготовлен из тепла -, проводя медь с интегрированными каналами охлаждения и их внешности тепла - стойкого сплава никеля. «Для маленьких игроков, таких как наша студенческая ракетная команда, такая многолетняя технология, которая была слишком сложной и слишком дорогой, не досягаемой», - говорит Такер.
Ротационная 3D -печать
Сердцем новой машины является вращающаяся платформа, которая позволяет высокий - процесс скорости печати. В отличие от обычных прямолинейных лазерных порошковых сплавных машин, где должен применять новый слой порошка после того, как каждый слой расплавляется, машина по воспитанию работает не -, благодаря своей вращающейся платформе. Это означает, что порошок применяется и сливается с лазером одновременно, что значительно повышает производительность. Это сокращает время производства для цилиндрических компонентов более чем на две трети.
«Этот процесс идеально подходит для ракетных форсунок, вращающихся двигателей и многих других компонентов в аэрокосмической промышленности», - говорит Такер. «Они обычно имеют большой диаметр, но очень тонкие стены», - добавляет он. В то время как машина также способна создавать non - осесимметричные или даже массивы частей, метод вращения особенно эффективен для того, чтобы именно создать именно эту геометрию.
Печать двух металлов одновременно
Вращающаяся машина может обрабатывать два разных металла за одну операцию. Обычные системы требуют несколько этапов и гораздо большего количества металлического порошка. Поскольку разделение и восстановление смешанного порошка остаются открытым вызовом, сегодня большая часть этого порошка становится отходом. Новый метод откладывает только материал, где он действительно необходим в компоненте, тем самым уменьшая отходы.
Машина оснащена механизмом, который дует инертный газ над площадью, где порошок слит. Это предотвращает окисление компонента во время печати. Продукты SOOT, SPATET и другие BY - систематически извлекаются через розетку. «Сначала мы недооценили степень, в которой механизм потока газа влияет на качество продукта», - говорит Такер. «Теперь мы знаем, что это важно». Благодаря вращающейся архитектуре недавно разработанной машины условия локального потока газа можно контролировать гораздо более плотно, чем с обычной машиной.
Индивидуальные, а не стандартные компоненты
Студенты столкнулись с несколькими техническими проблемами при разработке новой машины для слияния лазерного порошкового слоя, одна из которых включала синхронизацию сканирующего лазера с вращением впускного отверстия газа и подачи порошка. Кроме того, так как многие детали, необходимые для машины, недоступны, команда разработала свои собственные. Они включают в себя вращательное соединение для впускного отверстия газа и системы, которая автоматически заполняет порошок во время работы.
Тем не менее, команде студентов удалось построить машину, которая почти выглядит готовой для промышленного применения. Для Такера это было одним из основных моментов проекта Focus: «Тот факт, что команда студентов разработала и создала функционирующую машину за девять месяцев, довольно примечательно».
Потенциал для аэрокосмической промышленности, e - Мобильность и многое другое
Помимо конкретных применений для ARIS и для аэрокосмической промышленности в целом, команда видит потенциальные применения в других секторах, например, в самолетах и газовых турбинах, и для электрических двигателей, где кольцо - в форме геометрии являются нормой. Из -за своей новизны и огромного коммерческого потенциала было подано патентное применение, покрываемая ETH, охватывающая ротари Multi - Технология слияния лазерного порошкового слоя, которая с тех пор была назначена на премию ETH Spark.
Компоненты, изготовленные до сих пор с прототипом, имеют диаметр до 20 сантиметров. Исследовательская группа в настоящее время рассматривает масштабирование процесса до более высоких скоростей и больших диаметров, и в настоящее время они ищут партнеров по отрасли, чтобы сотрудничать с ними для дальнейшей разработки и развертывания этой революционной технологии.
