Študenti v ETH Zurichu so razvili laserski prah v prahu, ki sledi krožni poti orodja za tiskanje okroglih komponent, kar omogoča naenkrat obdelavo več kovin. Sistem znatno skrajša čas izdelave in odpira nove možnosti za vesoljsko in industrijo. ETH je vložil patentno vlogo za stroj, rezultati pa so objavljeni vAnali Cirp.
Danes se skoraj vsi sodobni raketni motorji zanašajo na 3D tiskanje, da bi maksimirali svojo zmogljivost s tesno povezavo med strukturo in funkcijo. Študenti v ETH Zurichu so zdaj zgradili visoko - hitrost Multi - materialni kovinski tiskalnik: laserski prah s posteljnino, ki vrti nalaganje praška in šobe pretoka plina, medtem ko tiska, kar pomeni, da lahko obdela več kovin hkrati in brez procesnega mrtvega časa. Stroj bi lahko v bistvu spremenil 3D tiskanje kovinskih delov, kar bi povzročilo znatno zmanjšanje časa in stroškov proizvodnje.
Skupina šestih diplomiranih študentov v njihovem petem in šestem semestru je razvila nov stroj v naprednem proizvodnem laboratoriju pod vodstvom profesorja ETH Markusa Bambacha in starejšega znanstvenika Michaela Tuckerja v okviru fokusnega projekta. V samo devetih mesecih so študenti spoznali, gradili in preizkusili svojo idejo. Stroj je še posebej namenjen aplikacijam v vesoljskem vesolju, ki vsebuje približno valjaste geometrije, kot so raketne šobe in turbomahinerija, vendar je široko zanimivo tudi za strojništvo.
Zagotavljanje dostopa do napredne tehnologije
Vodja projekta Tucker pojasnjuje, da je projekt izhajal iz zelo specifičnega izziva: razvijanje bi - tekočine - raketne šobe za ARIS, švicarsko akademsko vesoljsko pobudo, ki gradi lastne rakete z vizijami doseganja v vesolje. V naslednjih nekaj letih želi ARIS doseči linijo Kármán - Mednarodno prepoznana meja prostora, postavljene na nadmorski višini 100 kilometrov, onkraj katere je ozračje pretirano, da bi lahko podprlo polet z letalom brez posebnega pogona.
Da bi zdržali intenzivno toploto in pritisk nad podaljšanim izstrelitvijo, bi bilo treba raketne šobe v idealnem primeru izdelati iz več kovin. Na primer, njihova notranjost je lahko izdelana iz toplote -, ki vodi baker z integriranimi hladilnimi kanali in njihovo zunanjost toplote - odporne nikljeve zlitine. "Za majhne igralce, kot je naša študentska raketna ekipa, je bila tovrstna več - materialna tehnologija do zdaj preveč zapletena in predraga, kar je postalo izven dosega," pravi Tucker.
Rotacijsko 3D tiskanje
Srce novega naprave je vrtljiva platforma, ki omogoča visok - postopek hitrosti tiskanja. Za razliko od običajnih pravokotnih laserskih prašnih posteljnih strojev, kjer je treba po vsakem sloju stopiti novo plast prahu, se zavzema za vrtejoč se platformo. To pomeni, da laser hkrati uporablja in zliva prah, kar znatno poveča produktivnost. To zmanjšuje čas izdelave za cilindrične komponente za več kot dve tretjini.
"Ta postopek je idealno primeren za raketne šobe, vrtljive motorje in številne druge komponente v vesoljski industriji," pravi Tucker. "Običajno imajo velik premer, vendar zelo tanke stene," doda. Medtem ko lahko stroj proizvaja tudi - osimetrične ali celo matrike delov, je vrtljiva metoda še posebej učinkovita za natančno izdelavo te geometrije.
Tiskanje dveh kovin hkrati
Vrteči se lahko v enem samem operaciji obdelajo dve različni kovini. Običajni sistemi zahtevajo več korakov in veliko večjo količino kovinskega prahu. Ker ločevanje in obnavljanje mešanega prahu ostaja odprt izziv, danes velik del tega prahu postane odpad. Nova metoda odlaga samo material, kjer je dejansko potreben znotraj komponente, s čimer zmanjša odpadke.
Stroj ima mehanizem, ki piha inertni plin na območju, kjer se prah spoji. To preprečuje, da bi komponenta oksidalirala, medtem ko se tiska. Soot, Spatter in drugi z - izdelki sistematično izvlečejo prek vtičnice. "Sprva smo podcenjevali, v kolikšni meri mehanizem pretoka plina vpliva na kakovost izdelka," pravi Tucker. "Zdaj vemo, da je to ključno." Zahvaljujoč vrtljivi arhitekturi novo razvitega stroja lahko lokalne pogoje pretoka plina nadzirate veliko tesneje kot pri običajnem stroju.
Prilagojene in ne standardne komponente
Študenti so se soočili s številnimi tehničnimi izzivi, ko so razvijali nov laserski fuzijski stroj v prahu, od katerih je eden vključeval sinhronizacijo skenirajočega laserja z vrtenjem dovoda plina in prahu. Poleg tega, ker veliko delov, potrebnih za stroj, niso na voljo komercialno, je ekipa oblikovala svoje. Sem spadajo vrtljiva povezava za dovod plina in sistem, ki med delovanjem samodejno napolni prah.
Kljub temu je ekipi študentov uspelo zgraditi stroj, ki je skoraj pripravljen na industrijsko uporabo. Za Tuckerja je bil to eden izmed vrhuncev projekta Focus: "Dejstvo, da je ekipa študentov razvila in zgradila delujoči stroj v devetih mesecih, je precej izjemno."
Potencial za vesoljsko vesolje, e - mobilnost in še več
Poleg konkretnih aplikacij za ARIS in za vesoljsko industrijo na splošno ekipa vidi potencialne aplikacije v drugih sektorjih, na primer v zrakoplovih in plinskih turbinah, in za električne motorje, kjer so geometrije v obliki obročev -. Zaradi svoje novosti in ogromnega komercialnega potenciala je patentno vlogo vložila z ETH, ki je zajemala rotacijsko multi - materialno lasersko lasersko tehnologijo fuzijske fuzije, ki je bila od takrat nominirana za nagrado ETH Spark.
Doslej izdelane komponente s prototipom imajo premer do 20 centimetrov. Raziskovalna skupina zdaj gleda na povečanje procesa na večje hitrosti in večje premere, trenutno pa iščejo industrijske partnerje, da bi sodelovali z njimi za nadaljnje razvoj in uvajanje te revolucionarne tehnologije.
