Studenti v ETH Curychu vyvinuli fúzní stroj na laserový prášek, který sleduje cestou kruhového nástroje k tisku kulatých komponent, což umožňuje zpracování více kovů najednou. Systém významně zkracuje dobu výroby a otevírá nové možnosti pro letecký a průmysl. ETH podal patentovou žádost o stroj a výsledky jsou zveřejněny vCIRP Annals.
Dnes se prakticky všechny moderní raketové motory spoléhají na 3D tisk, aby maximalizovaly svůj výkon s těsnou vazbou mezi strukturou a funkcí. Studenti v ETH Curychu nyní postavili vysokou - rychlostní multi - Materiární kovová tiskárna: laserový prášek fúzní stroj, který rotuje depozice prášku a trysky plynu, zatímco vytiskne, což znamená, že může zpracovat několik kovů současně a bez procesu mrtvé doby. Stroj by mohl zásadně změnit 3D tisk kovových dílů, což by mělo za následek významné zkrácení doby a nákladů na výrobu.
Tým šesti bakalářských studentů v jejich pátém a šestém semestru vyvinul nový stroj v Laboratoři Advanced Manufacturing Lab pod vedením profesora ETH Markuse Bambacha a vedoucího vědce Michaela Tuckera v rámci projektu Focus Project Rapture. Za pouhých devět měsíců si studenti uvědomili, stavěli a testovali svou myšlenku. Stroj je zaměřen zejména na aplikace v leteckém prostoru s přibližně válcovými geometriemi, jako jsou raketové trysky a turbomachinery, ale také široký zájem o strojní inženýrství.
Poskytování přístupu k pokročilé technologii
Vedoucí projektu Tucker vysvětluje, že projekt vznikl z velmi specifické výzvy: vývoj bi - Liquid - poháněl raketové trysky pro Aris, švýcarskou akademickou vesmírnou iniciativu, která staví své vlastní rakety s vizemi do vesmíru. Během několika příštích let se Aris zaměřuje na dosažení linky Kármán - mezinárodně uznávanou hranici prostoru nastavenou v nadmořské výšce 100 kilometrů, za kterou je atmosféra příliš tenká na to, aby podporovala let letadlem bez zvláštního pohonu.
Aby se odolalo intenzivnímu teplu a tlaku při prodlouženém spuštění, měly by být raketové trysky v ideálním případě vyrobeny z více kovů. Například jejich interiér může být vyroben z tepla - provádějící měď s integrovanými chladicími kanály a jejich exteriér tepla - odolná slitiny niklu. "Pro malé hráče, jako je náš studentský raketový tým, byla tento druh multi - materiální technologie až dosud příliš složitá a příliš drahá, čímž se vynořila mimo dosah," říká Tucker.
Rotační 3D tisk
Srdcem nového stroje je rotující platforma, která umožňuje rychlostní proces rychlosti -. Na rozdíl od konvenčních fúzních strojů na fúzi laserového prášku, kde musí být po roztavení každé vrstvy aplikována nová vrstva prášku, prašňují stroj non - díky rotující platformě. To znamená, že prášek je aplikován a fúzován laserem současně, což významně zvyšuje produktivitu. To zkracuje dobu výroby pro válcové komponenty o více než dvě třetiny.
„Tento proces je ideální pro raketové trysky, rotující motory a mnoho dalších komponent v leteckém průmyslu,“ říká Tucker. „Obvykle mají velký průměr, ale velmi tenké stěny,“ dodává. Zatímco stroj je také schopen produkovat ne - osymetrické nebo dokonce pole částí, rotující metoda je zvláště účinná pro přesně produkci této geometrie.
Tisk dvou kovů současně
Rotující stroj může zpracovat dva různé kovy v jedné operaci. Konvenční systémy vyžadují několik kroků a mnohem větší množství kovového prášku. Vzhledem k tomu, že oddělení a zotavení smíšeného prášku zůstává otevřenou výzvou, dnes se většina tohoto prášku stává plýtváním. Nová metoda ukládá pouze materiál, kde je skutečně potřebný v rámci komponenty, čímž se snižuje odpad.
Stroj má mechanismus, který fouká inertní plyn přes oblast, kde je prášek fúzován. To zabraňuje oxidaci složky, když je vytištěna. SOOT, SPATTER a další produkty - jsou systematicky extrahovány prostřednictvím zásuvky. „Nejprve jsme podceňovali rozsah, v jakém mechanismus toku plynu ovlivňuje kvalitu produktu,“ říká Tucker. "Teď víme, že je to zásadní." Díky rotující architektuře nově vyvinutého stroje lze místní podmínky toku plynu řídit mnohem pevněji než u konvenčního stroje.
Přizpůsobené spíše než standardní komponenty
Studenti čelili řadě technických výzev při vývoji nového stroje na fúzi laserového prášku, z nichž jeden zahrnoval synchronizaci skenovacího laseru s rotací přívodu plynu a prášku. Kromě toho, protože mnoho částí potřebných pro stroj není komerčně dostupné, tým navrhl vlastní. Patří sem rotační připojení pro vstup plynu a systém, který během provozu automaticky doplňuje prášek.
Tým studentů se však podařilo postavit stroj, který téměř vypadá připraven pro průmyslovou aplikaci. Pro Tuckera to byl jeden z vrcholů projektu Focus: „Skutečnost, že tým studentů vyvinul a postavil funkční stroj za devět měsíců, je docela pozoruhodná.“
Potenciál pro Aerospace, e - mobilita a další
Stejně jako konkrétní aplikace pro ARIS a pro letecký průmysl obecně vidí tým potenciální aplikace v jiných odvětvích, například v letadlech a plynových turbínách, a pro elektrické motory, kde jsou normou ve tvaru kruhu -. Vzhledem k jeho novosti a obrovskému komerčnímu potenciálu byla patentová aplikace podána společností ETH, která pokrývala rotační multi - technologie materiálu Laser Powder Bed Fusion Fusion, která byla od té doby nominována na cenu Eth Spark Award.
Dosud vyrobené komponenty s prototypem mají průměr až 20 centimetrů. Výzkumný tým se nyní zaměřuje na škálování procesu na vyšší rychlosti a větší průměry a v současné době hledají průmyslové partnery, kteří s nimi spolupracují při dalším rozvoji a nasazení této revoluční technologie.
