IWM
Komplet praškov za večjo prilagodljivost in raznolikost materialov pri 3D tiskanju.
Taljenje prahu z laserskim žarkom (LPPF) je verjetno najbolj znan AM postopek in ima velik potencial za industrijsko uporabo. Toda kako se lahko izognemo omejenemu naboru materialov za ta postopek in dodatno razširimo tržni potencial?
S tem vprašanjem sta se ukvarjala IWM Univerze RWTH Aachen in IFAM Fraunhofer v okviru projekta “LPBF powder kit”, ki ga financira AiF. Rezultat je bil razvoj trajnostne rešitve za individualno in robustno obdelavo mešanic kovinskih prahov, tako da lahko uporabnik z majhnim izborom kovinskih prahov pokrije želene lastnosti materiala in fleksibilno prilagodi zlitine.
3D-tiskanje omogoča največjo svobodo oblikovanja pri izdelavi in proizvodnji sestavnih delov. Zaradi teh prednosti so se tehnologije 3D tiskanja uveljavile na tehničnih področjih, kot sta avtomobilska in vesoljska industrija. Vendar pa različna področja uporabe ne zahtevajo le najboljše možne geometrije, temveč tudi optimizirane lastnosti materialov. Za to je potreben ustrezno prilagojen material. Vendar so raziskave materialov za aditivno proizvodnjo še vedno v povojih. Doslej so bili večinoma obdelani materiali, ki so jih proizvajalci opreme kvalificirali za svoje postopke, da bi vzpostavili različne postopke aditivne proizvodnje v industriji. Ta nabor materialov je precej majhen in ga po raznolikosti ni mogoče primerjati s konvencionalnimi materiali, ki se večinoma proizvajajo s talilno metalurgijo. Pri konvencionalnih, subtraktivnih proizvodnih postopkih obstaja na stotine različnih jekel, aluminijevih zlitin, zlitin kobalta in kroma, odpornih proti obrabi, in drugih za vsako posamezno uporabo. Pri 3D-tiskanju je izbira vseh kovinskih materialov omejena na manj kot 30 materialov, zato vseh zahtev ni mogoče pokriti.
Pravi elementi zagotavljajo veliko raznolikost lastnosti materialov
Nabor materialov je mogoče posebej razširiti s “kompletom LPBF praška”, ki ga sestavljajo na primer praški na osnovi železa z ogljikom, kromom, nikljem, molibdenom in titanovim karbidom ali brez njih. Pogosto zahtevane lastnosti materiala so na primer korozijska odpornost, trdota in toplotna prevodnost. Številne jeklene zlitine so sestavljene iz istih elementov, kot so ogljik, krom in nikelj, vendar se razlikujejo v njihovih razmerjih. Razviti postopek vključuje izbiro sestave zlitine na podlagi specifičnega profila zahtev materiala, določitev sestave praška z uporabo metod termodinamične simulacije in pripravo praška s prilagojenimi postopki mešanja in homogenizacije. Nato se določijo optimalni procesni parametri, material pa se kvalificira z mikrostrukturno karakterizacijo in preskušanjem mehanskih lastnosti. Ko je prah zmešan, se zlitina ustvari z nadaljnjim postopkom taljenja z laserskim žarkom. Energija laserja stali delce kovinskega prahu in ustvari želeno zlitino. Na koncu postopka je končni sestavni del s prilagojenimi lastnostmi materiala.
Testiranje novo razvitih orodij in dupleksnih jekel, odpornih proti koroziji, za 3D tiskanje
Prva konkretna uporaba v okviru projekta je bila proizvodnja prilagojenih korozijsko odpornih nerjavnih jekel za posebej prilagojene profile lastnosti z legiranjem v “kompletu LPBF praška”. Med razvojnim delom so bili ugotovljeni vplivni dejavniki, ki spodbujajo tvorbo dobre korozijsko odporne zlitine, kakovost zlitine pa je bila preizkušena na način, ki je bil usmerjen v uporabo. Kot rezultat se je pokazalo, da so korozijsko odporna orodna in dupleksna jekla, legirana v LPBF postopku, odpornejša od ustreznega osnovnega prahu in so dosegla želene ciljne lastnosti. Dodatno prednost predstavlja možnost prilagajanja mikrostrukture s pomočjo prilagojenih laserskih parametrov. Primer tega so različne velikosti karbidov v strukturi orodnih jekel. Glede na uporabo so potrebne različne velikosti. Z razvitim kompletom za izdelavo praška jih je mogoče učinkovito spreminjati in obdelati v homogene komponente. Rezultati tega podprojekta so na voljo na zahtevo.
Izogibanje ozkim grlom pri oskrbi – zagotavljanje proizvodnje
Raziskovalni projekt bo koristil zlasti podjetjem, ki morajo biti zelo prilagodljiva in morajo oskrbovati različne stranke z različnimi profili zahtev. Med njimi so ponudniki proizvodnih storitev, večinoma mala in srednje velika podjetja. Proizvodnja kovinskih praškov običajno traja štiri tedne. Če želi proizvajalec z majhnimi količinami zajeti različne materiale, se čakalne dobe zelo podaljšajo. Ko so osnovni materiali nabavljeni, se lahko “LPBF powder kit” uporabi za nastavitev želenih lastnosti materialov in zagotovitev proizvodnje v primeru morebitnih ozkih grl pri dobavi. Naslednji razvojni koraki so avtomatiziran izračun in prilagoditev mešanice praška za specifičen razvoj izdelka.
Financiranje
Predstavljeno delo je bilo financirano v okviru projekta IGF 20933 N podjetja Forschungsgesellschaft Stahlverformung e.V. prek AiF kot del programa za spodbujanje skupnih industrijskih raziskav (IGF) na podlagi resolucije nemškega zveznega parlamenta in ministrstva za gospodarstvo ter BMWK za varstvo podnebja.
Trajanje projekta je 01.11.2019 – 30.04.2022.
Predvideno je tudi nadaljevanje projekta. Zainteresirana podjetja lahko sodelujejo v odboru, ki spremlja projekt v okviru nadaljnjega raziskovalnega projekta “Ciljno usmerjena optimizacija homogenosti in fleksibilnosti v kompletu za gradnjo LPBF praška”. Za financiranje projekta je treba zaprositi v okviru programa za spodbujanje skupnih industrijskih raziskav (IGF) prek Raziskovalnega združenja za preoblikovanje jekla (FSV).
O Fraunhofer IFAM
Fraunhofer IFAM je eden najpomembnejših neodvisnih raziskovalnih inštitutov v Evropi na področjih “tehnologije lepljenja in površin” ter “oblikovanja in funkcionalnih materialov”. Na vseh šestih lokacijah inštituta je poudarek na raziskovalnem in razvojnem delu, katerega cilj je industrijskim uporabnikom zagotoviti zanesljive in v uporabo usmerjene rešitve.
O IWM na Univerzi RWTH Aachen
Inštitut za uporabo materialov v strojništvu Univerze RWTH Aachen, IWM, je bil ustanovljen leta 2006 z združitvijo nekdanjega Inštituta za znanosti o materialih, IWK, Inštituta za keramične komponente v strojništvu, IKKM, in Lehr- und Forschungsgebiet Werkstoffkunde, LFW. Ukvarja se s široko paleto kovinskih in keramičnih materialov, njihovo konstrukcijsko uporabo za posamezne materiale ter mikrostrukturno, fraktografsko in mehansko karakterizacijo teh materialov.
Povzeto po:
https://bit.ly/3VpwBjB
