¿Cuál es el principio de funcionamiento de la impresión 3D de metal en equipos industriales?

El corazón de la tecnología: un cambio en la fabricación desde la fabricación de aditivos hasta la fabricación de aditivos
La parte más importante deimpresión 3D de metalestá colocando ingredientes metálicos de la manera correcta, que los modelos digitales realizan directamente. Esto cambia completamente el ciclo típico de "ensamblaje de procesamiento en blanco" de fabricación. El equipo Platinum BLT - S1500 tiene un sistema de escaneo sincrónico de 10 láser que le permite imprimir con la mayor precisión de 0.06 mm por capa en una cámara de formación que tiene 1.5 metros de ancho. Hay cuatro pasos principales en su flujo de trabajo:
Modelado y corte en forma digital: use el software CAD para hacer modelos 3D, luego use software de corte como Magics para convertirlos en archivos STL que se pueden leer. Establezca el grosor de la capa en 0.02–0.1 mm dependiendo de las cualidades del material.
Pretratamiento del lecho de polvo: el equipo de propagación de polvo extiende uniformemente el polvo de aleación de titanio esférico en el banco de trabajo en un entorno de vacío o gas inerte. El grosor de la capa se controla dentro de ± 5 μ m.
La fusión selectiva con un haz de energía -}: el dispositivo galvanómetro láser se mueve a una velocidad de 20 m/s sobre la sección de la capa de capa actual -, derritiendo el polvo en un grupo de metal líquido. La convección de Marangoni ayuda al metal más denso y se solidifica.
Moldeo de apilamiento de capa por capa: el banco de trabajo se baja por el grosor de una capa, y el ciclo de depositar polvo, fusión y solidificación se repite hasta que se realiza un objeto de metal con una densidad cercana al 100%.
Esta nueva forma de hacer las cosas ha elevado la tasa de utilización de material del 10%al 20%en métodos antiguos a más del 90%. Por ejemplo, la versión impresa en 3D del asiento de rodamiento principal de energía eólica de GE es un 40% más ligero que las piezas forjadas y reduce el tiempo de desarrollo de 18 meses a 3 meses. Los cinco procedimientos principales son diferentes entre sí en términos de tecnología.
Hay dos tipos principales de tecnología de impresión 3D de metal utilizada en la industria en este momento: derretimiento del lecho de polvo y deposición de energía direccional. Hay grandes distinciones entre ellos en términos de sus características tecnológicas y las situaciones en las que podrían usarse:
1. El método para derretir camas en polvo
Selective Laser Melting (SLM): puede cortar las aleaciones de titanio, las aleaciones basadas en níquel - y el acero inoxidable de 17-4ph con láseres de fibra que usan 1000 a 2000W de potencia y espejos de enfoque dinámico para hacer un lugar que tiene 0.05 mm de ancho. La tecnología de colaboración dual láser de Platinum Technology ha hecho que la impresión sea 200% más rápida y haya reducido el costo de hacer que las boquillas de combustible del motor de aviación en un 65% para cada componente.
La fusión selectiva de haz de electrones (EBSM) es un método que utiliza un haz de electrones de 30kW para funcionar en el vacío y escanear a una velocidad de 8 m/s. Es mejor trabajar con metales con altos puntos de fusión, tal tantalio y tungsteno. Siemens Energy emplea esta tecnología para fabricar láminas de tubo generador de vapor nuclear. Corta el número de soldaduras de 127 a 3 y reduce el peligro de fugas en un 90%.
Método de deposición de energía dirigida láser cerca de la formación de nett (lente): un sistema de alimentación de polvo coaxial envía polvo de metal con un diámetro de 45-106 μm en el área de enfoque láser para fabricar materiales de gradiente. Usando esta tecnología, Honeywell ha realizado un disco de turbina bimetálica Ti6al4v/Inconel 718 que es tres veces más resistente a la fatiga térmica.
ARC Adition Manufacturing (WAAM): este método utiliza un arco de soldadura MIG/TIG como fuente de calor y puede depositar hasta 8 kg/h, lo que lo hace bueno para hacer piezas estructurales masivas. La tecnología de impresión 3D para los ejes de propulsión marina hechas por CSIC 725 ha reducido los costos de materiales en un 40% y aceleró la producción en un 70%.
Grandes pasos adelante en la ciencia de los materiales
El sistema de material para la impresión 3D de metal está cambiando de aleaciones estándar a las funcionales e inteligentes:
Desarrollo de aleaciones de rendimiento - de alto: el grupo Shagang ha realizado la aleación de temperatura GTD222 Nickel - basada en alto - en respuesta a la demanda en la industria de la aviación. Tiene una resistencia a la tracción de 1200MPa a 650 grados, que es un 25% más alta que el material típico de GH4169.
Multi - Tecnología compuesta de material: al cambiar el tamaño de las partículas de polvo (por ejemplo, polvo base de 45 μm y 15 μm de polvo refinado), el tamaño de grano de la aleación de titanio se puede reducir de 50 μm a 10 μm, dándole una vida de fatiga de más de 10 ⁷ ciclos.
Uso de materiales inteligentes: para hacer una válvula adaptativa que pueda cambiar automáticamente su apertura entre 40 y 80 grados, las partículas de aleación de memoria de forma se implantan en acero inoxidable 316L. La inexactitud se mantiene a ± 0.5 grados.
Penetración profunda en el grado industrial - se usa
Tres áreas industriales finales de alta - han hecho mucho uso de la tecnología de impresión 3D de metal:
Aeroespacial: el avión Airbus A350XWB tiene soportes de aleación de titanio impresos en 3D que hacen que la estructura sea un 30% más ligera y la eficiencia de combustible un 2% mejor. El proyecto de motor UltraFan de Rolls Royce utilizó la tecnología de impresión 3D para reducir el número de palas de compresor de 36 a 18. Esto hizo que el empuje - a - tenga una relación de peso 15% más alta.
Herramientas de energía: la potencia nuclear de cuarta generación alto - Generador de vapor de reactor de gas de temperatura realizado por State Power Investment Corporation utiliza tubos de transferencia de calor de aleación de aleación basados ​​en 3D. Esto hace que la eficiencia de transferencia de calor sea 92%, que es 8 puntos porcentuales más altos que los diseños tradicionales.
BMW Group ha utilizado bandejas de batería de aleación de aluminio impresas en 3D en el modelo de vehículo eléctrico IX3. Esto hizo que el automóvil sea más ligero y aumentó su rango NEDC en 15 km.