Przepis na idealny wydruk 3D z metalu? Naukowcy z SLAC już nad nim pracują

Na przestrzeni kilku ostatnich lat druk przestrzenny przestał być utożsamiany z narzędziem do szybkiego prototypowania, stając się równoprawną technologią dla formowania wtryskowego czy metod substraktywnych. Początkowo przemysłowy druk 3D był traktowany przez producentów ze sceptyzmem, który wyrażał się w wykonywaniu w technologiach addytywnych jedynie peryferyjnych części, nie kluczowych elementów konstrukcyjnych. Jednak wraz z biegiem czasu, przemysłowe technologie addytywne zdobyły zaufanie wielu firm, które decydują się na drukowanie 3D coraz istotniejszych części maszyn i konstrukcji.

Jednak takie decyzje wymagają od detali tworzonych w technologiach przyrostowych najwyższej jakości i bezawaryjności, szczególnie jeśli mowa o branży motoryzacyjnej czy lotniczej. Ogromną zaletą druku 3D jest fakt, że pozwala na osiąganie kształtów i geometrii niemożliwych do wykonania klasycznymi metodami produkcji – jednak jak właściwości mechaniczne drukowanych przestrzennie detali wypadają w porównaniu z elementami wykonanymi z wykorzystaniem urządzeń skrawających?

Naukowcy z Centrum Liniowego Akceleratora Stanforda (SLAC), jednego z największych ośrodków  badawczych, postanowili pochylić się nad problem najczęściej występujących wad w metalowych wydrukach. Badania udało się przeprowadzić dzięki wykorzystaniu zaawansowanych technologii, wykorzystujących m.in. zjawisko promieniowania rentgenowskiego.

W projekcie wykorzystywane są dwa rodzaje promieniowania X – pierwszy bada tworzenie warstw na poziomie mikronów, natomiast drugi analizuje, w jaki sposób cząstki przechodzą z ciała stałego w ciecz i pod wpływem energii lasera. Monitorowanie przebiegu proces topnienia metalu w czasie rzeczywistym jest nieocenionym narzędziem w kontroli kolejnych etapów prawidłowego wytwarzania detali.

Detale produkowane w technologii addytywnej wykazują tendencję do tworzenia miejsc wykazujących słabsze właściwości mechaniczne, których powodem jest nierównomierne stygnięcie płynnego metalu. Cykl badań ma doprowadzić do polepszenia jakości kontroli mikrostruktury metalowych elementów, tak aby naukowcy wiedzieli którym etapom procesu należy poświęcić szczególną uwagę.

Jak zauważa jeden z członków zespołu naukowego, druk z metalu jest dużo bardziej skomplikowanym procesem niż wytwarzanie addytywne z innych materiałów. W praktyce, druk z metalu wymaga precyzyjnego określenia rozkładu naprężeń i wszelkich właściwości tworzywa, które mogłyby wpływać na występowanie niepożądanych skaz czy niedoskonałości. Co więcej, podczas procesu istotne znaczenie ma szereg czynników – od rodzaju zastosowanego metalu do szybkości nagrzewania lasera.

Kluczowe parametry zostały uwzględnione w badaniach naukowców – jak przyznają badacze, uzyskane dane będą nieocenioną pomocą dla inżynierów i producentów wymagających od produkowanych detali najwyższej jakości i gwarancji bezawaryjności. Dalszy rozwój prac badawczych nad projektem przewiduje wykorzystanie kamery szybko klatkowej, która pozwalałaby na skorelowanie danych z badania promieniowania rentgenowskiego z obrazem rzeczywistym.

Źródło: 3dprint.com, 3dprintingindustry.com