Адитивно производство на метални компоненти в защитна газова атмосфера
Адитивното производство (AM), по-известно като 3D печат, придобива все по-голямо значение в производството на метални компоненти. Освен това то има потенциал да се превърне в важен стълб на следващата индустриална революция.
- Адитивно производство в металообработката
- Какви процеси се използват при производството на метални компоненти?
- Селективно лазерно топене
- Електронно-лъчево топене
- Лазерно напластяване
- Адитивно производство – различни технологични газове за различни материали
- Индивидуално съобразено газоснабдяване за адитивното производство
- Индивидуална защитна газова атмосфера – индивидуално решение
- Термична обработка на аддитивно произведени компоненти
- Почистване със сух лед или CO2 сняг
Адитивното производство (AM), наричано в разговорния език „3D печат“, придобива все по-голямо значение в производството на метални компоненти. Освен това то има потенциал да се превърне в важен стълб на следващата индустриална революция.
Чрез слоевото изграждане на компонента в прахово легло, с аддитивни производствени процеси могат да се създадат почти всички възможни геометрии. По този начин могат да се създадат и геометрии на компоненти, чието производство не е възможно с конвенционални производствени процеси – като леене, формоване или струговане. Адитивното производство намира все по-широко приложение, особено при производството на леки конструкции, прототипи или компоненти с висока степен на индивидуализация.
Защитните газове играят решаваща роля в цялата верига на процеса на адитивното производство – започвайки от процеса на производство на праха, при който чрез използването на инертен газ (обикновено аргон или азот) се разпръсква течен метал, през осигуряването на постоянна качество на праха чрез инертни газове при съхранението и транспортирането на праховите частици, до осигуряването на подходяща защитна газова атмосфера.
Адитивно производство в металообработката
Адитивното производство с метал функционира по подобен начин като адитивното производство на пластмаси, като тук вместо често използваните пластмаси се използват различни метални прахове за формоване на метални компоненти. Използваните метални прахове се произвеждат от различни материали и могат да бъдат избрани в съответната сплав, подходяща за желаната детайл и област на приложение. По този начин адитивното производство може безпроблемно да се прехвърли и в други отрасли, тъй като металните детайли могат да издържат на значително по-високи натоварвания.
Какви процеси се използват при производството на метални компоненти?
Селективно лазерно топене
Селективното лазерно топене (на английски: „Selective Laser Beam Melting, SLBM” или „Selective Laser Melting, SLM”) е един от най-известните 3D печатни процеси за производство на метални компоненти. Чрез локално топене и втвърдяване на металния прах могат да се произвеждат компоненти от неръждаема стомана, титан, алуминий, кобалт-хром и никелови сплави.
В първата стъпка в работната зона се нанася слой метален прах. След това се подава енергия чрез лазерен лъч, така че материалът да се стопи. Лазерният лъч въздейства само върху местата в праховото легло, където според 3D модела трябва да се образува компонентът в съответния слой. След това платформата за изграждане се спуска с дебелината на слоя и се нанася следващият слой прах. По този начин компонентът се образува слой по слой.
Процесът се извършва в инертна защитна газова атмосфера, за да се сведе до минимум съдържанието на кислород и влага и да се гарантира безопасността.
Обикновено използваните газове аргон или азот (в някои случаи и хелий) предпазват материалите, като изместват въздушните газове и по този начин предотвратяват окисляването на компонентите.
Освен това, разтопените частици и димът се отстраняват ефективно от газовия поток. По този начин вътрешността на компонента се предпазва от залепване на замърсявания.
Селективното лазерно топене има много модифицирани варианти на процеса, които се обозначават с различни наименования:
- Директно метално лазерно синтероване (DMLS)
- Лазерно Cusing
- Лазерно сплавяване на метал (LMF)
- Директен метален печат (DMP)
- Лазерно синтероване
Електронно-лъчево топене
Електронно-лъчевото топене достига високи скорости на наслагване и се използва често в медицината и авиационната промишленост. Процесът използва електронно-лъчева енергия като източник на енергия и се извършва при повишени температури във вакуум. Използването на малки количества хелий по време на процеса на изграждане предотвратява статичното зареждане на праха. След процеса на изграждане компонентите и прахът се охлаждат по-бързо в защитна атмосфера, съдържаща хелий.
Лазерно напластяване
Друг вариант на адитивното производство е лазерното напластяване (облицоване). При този производствен процес материалът, който може да бъде под формата на прах или тел, се нанася директно върху повърхността чрез топене. При това металният прах или телът се вкарва директно в зоната на действие на лазера с помощта на дюза, която се промива с инертен газ.
Адитивно производство – различни технологични газове за различни материали
Изборът на подходяща защитна газова атмосфера зависи от използвания материал, изискванията за качество и производствения процес. Например, за титановите сплави се използва изключително аргон. За други материали обикновено може да се използва и азот.
Научни изследвания са показали, че както газът, използван за пулверизация на праха, така и технологичният газ при адитивното производство могат да окажат влияние върху структурата на материала. Кой технологичен газ е подходящ за вашия случай зависи до голяма степен от вашите технологични параметри и изисквания за качество.
Ако доставката на газ бъде прекъсната по време на производствения процес, обикновено възникват дефекти в компонентите и работата на строителната площадка трябва да бъде започната отначало. Ето защо надеждното и непрекъснато газоснабдяване е особено важно за производството на компоненти.
Индивидуално съобразено газоснабдяване за адитивното производство
Експертите на Air Liquide ще Ви консултират изчерпателно за оптималното газоснабдяване. Обикновено в началото се инсталира централно газоснабдяване. Air Liquide Ви предлага професионално проектиране и инсталиране на газопроводи. Чрез използването на подходящи материали и свързване на тръбните части съгласно предписанията, Air Liquide гарантира безчастично и газонепроницаемо снабдяване до точката на потребление.
Тъй като инсталациите за топене с лазерен лъч се експлоатират в закрити помещения, е необходима и оценка на безопасността в рамките на оценка на риска. Екипът от експерти на Air Liquide ще Ви предостави изчерпателни съвети и подкрепа при оценката на риска, както и при определянето на необходимите мерки. Air Liquide Ви предлага и инсталирането на система за мониторинг на въздуха в помещенията, ако е необходимо – всичко от един доставчик.
С шкафа за съхранение Dry P Cabinet можете да съхранявате праха си безопасно и защитен от външни влияния в контролирана газова атмосфера.
Индивидуална защитна газова атмосфера – индивидуално решение
В случай на доставка на аргон или азот в бутилки, можете да спестите време и разходи, като използвате бутилки Dual23 с налягане 300 бара. Можете да продължите да използвате икономичните арматури с налягане 200 бара, а благодарение на 40 % по-голямото съдържание в сравнение с конвенционалните бутилки с налягане 200 бара, броят на смени на бутилките се намалява до минимум.
Системата за мониторинг на Air Liquide ви предлага освен това сигурност, удобство и спестяване на време, тъй като следи нивото на пълнене на бутилките. Тя ви уведомява автоматично, веднага щом е необходима смяна на бутилка. По този начин се увеличава сигурността на доставките и отпада необходимостта от отнемащата време ръчна проверка на съдържанието на бутилките.
За по-големи нужди се предлага доставка от резервоар с дълбоко охладен втечнен азот или аргон. Вие се възползвате от по-голяма сигурност на доставките чрез дистанционно наблюдение на нивото на пълнене и автоматична доставка от цистерните на Air Liquide. Често е възможно поставянето на резервоар върху готова бетонна плоча. По този начин можете да спестите разходи, тъй като при достатъчно твърда основа не е необходимо да се изгражда фундамент. Освен това това решение ви предлага по-голяма гъвкавост.
Термична обработка на компоненти, произведени чрез добавяне на материали
Освен външно снабдяване, при азота има и възможност за производство на газа директно на място с азотен генератор. Air Liquide ви предлага азотни генератори от най-ново поколение. Благодарение на много компактната конструкция спестявате място. Освен това намалявате инвестиционните разходи в сравнение с готовите решения с компресори, тъй като чрез индивидуално съгласуване обикновено може да се използва съществуващата мрежа за сгъстен въздух.
Почистване с сух лед или CO2 сняг
При високи изисквания за качество повърхностите на компонентите, произведени чрез добавяне на материали, могат да бъдат подложени на висококачествено почистване. Почистващите процеси на базата на въглероден диоксид са идеални за отстраняване на остатъци от прах и други частици от компонентите. Почистването със сух лед или CO2 сняг е екологично, икономично и постига оптимални резултати.
Повече за почистването със сух лед или CO2 сняг
Използването на технически газове е незаменимо за адитивното производство. Изборът на вида и количеството на газовите компоненти се влияе от много фактори. Екипът от експерти на Air Liquide ще намери най-подходящата от технологична и икономическа гледна точка газова смес за конкретната задача и ще реализира заедно с вас най-доброто решение.
Безплатен наръчник за топене с лазерен лъч
Препоръки и практически съвети за производството на метални компоненти
Задавали ли сте си напоследък тези въпроси относно лазерното топене?
- Как да обясня на клиентите си какво е важно при лазерното топене?
- На какво трябва да се обърне специално внимание при започването на работа с лазерно топене?
- Какви скъпи грешки могат да бъдат избегнати?
- Какви са най-добрите практики?
Отговорите ще намерите в безплатната брошура на Air Liquide и Fraunhofer, която вече е достъпна и на немски език.
