Studenti ETH Zurich razvili su stroj za fuziju laserskog praha koji slijedi kružni put alata za ispis okruglih komponenti, što omogućava obradu više metala odjednom. Sustav značajno smanjuje vrijeme proizvodnje i otvara nove mogućnosti za zrakoplovnu i industriju. ETH je podnio patentnu prijavu za stroj, a rezultati su objavljeni uCIRP ANNALS.
Danas se gotovo svi moderni raketni motori oslanjaju na 3D ispis kako bi maksimizirali svoje performanse s tijesnom spajanjem između strukture i funkcije. Studenti u ETH Zurichu sada su izgradili visoku - Speed Multi - Materijalni metalni pisač: laserski stroj za fuziju u prahu koji okreće mlaznice praha i mlaznice protoka plina dok ispisuje, što znači da može obraditi nekoliko metala istovremeno i bez vremena. Stroj bi mogao u osnovi promijeniti 3D ispis metalnih dijelova, što je rezultiralo značajnim smanjenjem vremena i troškova proizvodnje.
Tim od šest studenata prvostupnika u petom i šestom semestri razvio je novi stroj u naprednom proizvodnom laboratoriju pod vodstvom profesora ETH -a Markusa Bambacha i višeg znanstvenika Michaela Tuckera u sklopu projekta Focus Rapture. U samo devet mjeseci, studenti su realizirali, izgradili i testirali svoju ideju. Stroj je posebno usmjeren na primjene u zrakoplovstvu s približno cilindričnim geometrijama, kao što su raketne mlaznice i turbomaša, ali je također široko zanimanje za strojarstvo.
Pružanje pristupa naprednoj tehnologiji
Project Lead Tucker objašnjava da je projekt nastao iz vrlo specifičnog izazova: razvijanje bi - tekućina - Potaknuti raketne mlaznice za Aris, švicarska inicijativa za akademsku svemirsku inicijativu, koja gradi svoje rakete s vizijama dosega u svemir. U narednih nekoliko godina, ARIS ima za cilj doći do linije Kármán - međunarodno priznata granica prostora postavljenog na nadmorskoj visini od 100 kilometara, izvan koje je atmosfera previše tanka da bi podržala let zrakoplovima bez posebnog pogona.
Kako bi izdržali intenzivnu toplinu i pritisak tijekom produženog lansiranja, raketne mlaznice trebale bi se idealno izrađivati od više metala. Na primjer, njihova se unutrašnjost može izraditi od topline - provođenja bakra s integriranim hlađenim kanalima i njihovim vanjskim dijelom topline - rezistentna legura nikla. "Za male igrače poput našeg studentskog raketnog tima, ova vrsta multi - materijalne tehnologije do sada je bila previše složena i preskupa, stavljajući je izvan dosega", kaže Tucker.
Rotacijski 3D ispis
Srce novog stroja je rotirajuća platforma koja omogućuje visok postupak ispisa brzine -. Za razliku od konvencionalnih pravoslovnih laserskih laserskih fuzijskih strojeva, gdje se mora primijeniti novi sloj praha nakon što se svaki sloj rastopi, stroj za rapturu djeluje bez - Zahvaljujući rotirajućoj platformi. To znači da se prah istovremeno primjenjuje i spoji laser, što značajno povećava produktivnost. To smanjuje vrijeme proizvodnje za cilindrične komponente za više od dvije trećine.
"Ovaj je proces idealno pogodan za raketne mlaznice, rotirajuće motore i mnoge druge komponente u zrakoplovnoj industriji", kaže Tucker. "Obično imaju veliki promjer, ali vrlo tanki zidovi", dodaje. Iako je stroj također sposoban proizvesti osi - ili čak nizova dijelova, metoda rotiranja posebno je učinkovita za proizvodnju upravo ove geometrije.
Ispisujući dva metala istovremeno
Rotirajući stroj može obraditi dva različita metala u jednom radu. Konvencionalni sustavi zahtijevaju nekoliko koraka i mnogo veću količinu metalnog praha. Kako odvajanje i oporavak miješanog praha ostaje otvoreni izazov, danas velik dio ovog praha postaje otpad. Nova metoda odlaže samo materijal tamo gdje je zapravo potreban unutar komponente, smanjujući tako otpad.
Stroj sadrži mehanizam koji puše inertni plin preko područja gdje se prah spoji. To sprječava da komponenta oksidira dok se ispisuje. Tjerka, prskanje i ostalo - proizvodi se sustavno izvlače putem utičnice. "U početku smo podcijenili u kojoj mjeri mehanizam protoka plina utječe na kvalitetu proizvoda", kaže Tucker. "Sada znamo da je to presudno." Zahvaljujući rotirajućoj arhitekturi novorazvijenog stroja, lokalni uvjeti protoka plina mogu se kontrolirati mnogo čvršće nego s konvencionalnim strojem.
Prilagođene, a ne standardne komponente
Studenti su se suočili s brojnim tehničkim izazovima prilikom razvoja novog laserskog fuzijskog stroja, od kojih je jedan uključivao sinkronizaciju skenirajućeg lasera s rotacijom ulaznog plina i opskrbom prahom. Pored toga, što mnogi dijelovi potrebni za stroj nisu komercijalno dostupni, tim je dizajnirao svoje. Oni uključuju rotabilnu vezu za ulaz plina i sustav koji automatski puni prah tijekom rada.
Unatoč tome, tim studenata uspio je izgraditi stroj koji gotovo izgleda spreman za industrijsku primjenu. Za Tuckera, ovo je bio jedan od najvažnijih trenutaka projekta Focus: "Činjenica da je tim studenata razvio i izgradio funkcionalni stroj u devet mjeseci prilično je izvanredan."
Potencijal za zrakoplovstvo, e - mobilnost i više
Kao i betonske aplikacije za ARIS i za zrakoplovnu industriju općenito, tim vidi potencijalne primjene u drugim sektorima, kao što su u zrakoplovima i plinskim turbinama, te za električne motore gdje je prsten - geometrije oblikovane. Zbog svoje novosti i ogromnog komercijalnog potencijala, ETH je podnio patentnu prijavu koja je pokrivala rotacijsku multi - materijalnu lasersku tehnologiju fuzije, koja je od tada nominirana za nagradu ETH Spark.
Dosad proizvedene komponente s prototipom imaju promjer do 20 centimetara. Istraživački tim sada gleda na skaliranje procesa na veće brzine i veće promjere, a trenutno traže partnere u industriji koji bi mogli surađivati s njima kako bi daljnji razvoj i implementaciju ove revolucionarne tehnologije.
