Új dimenziókban a fém additív gyártás

Új dimenziókban a fém additív gyártás

Halász Gábor fog előadást tartani a fémek additív gyártásának jelenlegi helyzetéről, kihívásairól, a fejlesztés irányairól a XI. CLOOS – ÓE Bánki Kar Szimpóziumon.

A Szimpózium időpontja a kialakult járványügyi helyzet miatt áprilisról őszre módosult, ettől függetlenül a Halász Gáborral készült interjúnkat közzé tesszük.

Halász Gábor – EWE/IWE hegesztő szakmérnök, hegesztés-vágás szaktanácsadó a Messer Hungarogáz Kft.-től.

 

– Az additív gyártás, másnéven 3D nyomtatás ugrásszerű piaci növekedést produkált az elmúlt években, a java pedig még csak most következik. Mi is foglalkoztunk már több cikkben (itt és itt) ezzel az eljárással.

– Valóban, míg az eljárással megtermelt érték szinte exponenciálisan növekszik, az előállítási költségek drasztikusan csökkennek, a termelés sebessége viszont ugrásszerűen nő.

– Tudna esetleg egy sikeres példát említeni?

– Igen. A Siemensnél például egy gázturbinához tartozó lapát tervezési és gyártási folyamata két évről mindösszesen két hónapra redukálódott a 3D nyomtatás alkalmazásával!

 

– Fémek esetében milyen eljárások vannak?

– Létezik porágyas, porterítéses és huzaladagolásos eljárás. Alumíniumot, titánt, rozsdamentes acélt, kobaltot és nikkelt lehet felhasználni, de ne felejtkezzünk meg az additív gyártás láthatatlan szereplőiről, a védőgázokról sem!

 fém additív gyártás

– Részletezné, milyen funkciói vannak a védőgázoknak az additív eljárásoknál?

– A gázoknak fontos szerep jut az alapanyagok, minőségi porok gyártásánál, valamint a 3D nyomtatási környezetben a nedvesség és az oxigén távoltartásában. Hatással vannak továbbá a gyors olvasztási és szilárdulási folyamatra. A megfelelő gázáram eltávolítja a keletkező fémgőzöket, részecskéket, amelyek a lézersugár energiájának részbeni elnyelésével instabillá tehetik a nyomtatási folyamatot.

 

– Úgy tudom, az oxigén jelenléte nem kívánatos…

– Így van, ezért az additív gyártási környezetben a cél a 100 ppm (0,01%) alatti oxigénszint biztosítása volna. Az ehhez alkalmazott gázok 5.0 tisztaságúak (99,999%), amelyek 2 ppm alatti O2 és 3 ppm H2O szennyezőt tartalmazhatnak. A saválló acéloknál, pl. inconel 625 vagy maraging acélok, a tényleges megmunkálás során az oxigénszint 100 és 200 ppm között van. A titán-ötvözetek esetében annak nagy reaktivitása, illetve gázelnyelő képessége miatt ezt lehetetlen betartani. Ezeknél az oxigén jóval nagyobb arányban van jelen a nyomtatási folyamatnál. Az alapanyagfajtától, a csomagolástól, raktározástól függően az első nyomtatás alkalmával 500 és 1 000 ppm között található a porokban az oxigén mennyisége. A Ti6Al4V alapanyag specifikációjában maximális O2 értékként 0,13% szerepel.

Amíg a szemcse felületén kialakuló oxidréteg közel 5 nm vastagságban 40% O2 mennyiséget tartalmaz, addig a belseje 0,08 % O2 tartalommal rendelkezik. Minél finomabb szemcsés az alapanyag, annál nagyobb a felszín térfogata, amelyből a folyamat során felszabadul az oxigén.

Az olvasztás alkalmával felszabaduló oxigén egy része az olvadékban marad, másik részét a hőhatást ért porok és szétfröccsenő részecskék veszik fel. A porszemcsék felülete jóval nagyobb, mint a keletkezett varrat felülete, ezért a felszabaduló oxigén egy része hizlalni fogja a porszemcséket. A nyomtatási folyamat alatt a gázvédelem ellenére a porok fokozatosan oxigént vesznek fel. Többszöri felhasználás alkalmával a gömbök átmérője egyre nagyobb a felületen képződő oxidréteg miatt. Ezért korlátozzák a már használt porok újrafelhasználását, és kiemelt fejlesztési irány a porok felhasználás előtti osztályozása és az elhasznált porok válogatása.

– Feltételezem, más kihívásokkal is szembe kell nézniük a tervezőknek a 3D nyomatás tervezése során.

– Valóban. Beszélhetünk termikus hatásoktól (ilyen például a túlmelegedés) és mechanikus hatásokról (repedések, deformáció).

Szerencsére szimulációval felkészülhetünk ezekre a hatásokra. A módszer lényege, hogy a nyomtatásnál figyelembe veszik a kinyomtatott darab eltéréseit.

A nyomtatási szoftverben a deformációkkal ellentétes irányba módosítják a nyomtatási programot. Ezzel az eljárással tízszer kisebbek lesznek az eltérések.

Új dimenziókban a fém 3D gyártás

– Ön szerint milyen tendenciák rajzolódnak ki a fémek additív gyártása terén a jövőt illetően?

– Több szempontból is van fejlődési potenciál. A fémnyomtatás nagy előnye, hogy a gyártás során csak a szükséges anyagmennyiség kerül felhasználásra. Ehhez hozzáadódik még az alacsonyabb energiafelhasználás, kevesebb hulladék, kisebb szállítási költség.

Az alkatrész teljes térfogatában egységes mikrostruktúra, egyenletesebb kémiai összetétel. Az eljárás lehetővé teszi az egyedi alkatrészek gyors elkészítését is.

A fémnyomtatási technológiák először a prototípusgyártást forradalmasították, mivel 70-75 százalékkal csökkent ezeknek az előállítási ideje.

Napjainkban már a szériatermelés kerül előtérbe. Az alkatrészgyártás területén a hagyományos eljárásokhoz képest az additív fémnyomtatás 40–85 százalékkal gyorsabban képes előállítani bonyolult geometriájú alkatrészeket. Az így elkészült darabok közül egyre több fémnyomtatott alkatrész felel meg a szigorú ellenőrzéseken és kapja meg a gyártástechnológiai jóváhagyást.

3D nyomtatás

– Tisztelt Halász úr! Köszönöm ezt a rövid beszélgetést, amelyben máris sok új információval lettem gazdagabb. Várjuk a további részleteket a XI. CLOOS – Bánki Kar Szimpóziumon!

FELIRATKOZÁS

Az iparági és céges hírekről, ajánlatokról...

ELÉRHETŐSÉGEK

2142 Nagytarcsa,
Alsó Ipari krt. 6., G épület

Telefon: +36 28 200 280
Szerviz hotline: +36 20 365 2447

E-mail: info@cloos.hu
Részletes elérhetőségek: Kapcsolat

Pin It on Pinterest

Share This