Additive Manufacturing a componentelor metalice în atmosferă de gaz inert
Additive Manufacturing (AM), cunoscută sub denumirea colocvială de imprimare 3D, devine din ce în ce mai importantă în producția de componente metalice. De asemenea, are potențialul de a fi un pilon important al următoarei revoluții industriale.
- Additive manufacturing în prelucrarea metalelor
- Ce procese sunt utilizate la fabricarea componentelor metalice?
- Topirea selectivă cu laser
- Topirea cu fascicul de electroni
- Sudare cu laser
- Additive Manufacturing – Gaze de proces diferite pentru diferite materiale
- Alimentare cu gaz personalizată pentru Additive Manufacturing
- Atmosferă de gaz inert individuală - Soluție individualizată
- Tratamentul termic al componentelor
- Curățarea cu gheață carbonică sau zăpadă CO2
Additive Manufacturing (AM), cunoscută sub denumirea colocvială de imprimare 3D, devine din ce în ce mai importantă în producția de componente metalice. De asemenea, are potențialul de a fi un pilon important al următoarei revoluții industriale.
Datorită structurii strat cu strat a componentei în procesul de prelucrare a patului de pulbere, aproape toate geometriile imaginabile pot fi create cu ajutorul proceselor de fabricație aditivă. Acest lucru înseamnă că pot fi create și geometrii ale componentelor care nu pot fi produse cu ajutorul proceselor de fabricație convenționale - cum ar fi turnarea, formarea sau prelucrarea. Fabricarea aditivă este din ce în ce mai mult utilizată pentru producția de structuri ușoare, prototipuri sau componente cu un grad ridicat de personalizare.
Gazele de protecție joacă un rol crucial în întregul lanț al procesului de fabricație aditivă - începând cu procesul de fabricare a pulberii, în care metalul lichid este atomizat prin utilizarea unui gaz inert (de obicei argon sau azot), până la asigurarea unei calități constante a pulberii prin intermediul gazelor inerte în timpul depozitării și transportului particulelor de pulbere și până la asigurarea unei atmosfere adecvate de gaze de protecție.
Additive manufacturing în prelucrarea metalelor
Additive manufacturing cu metal funcționează într-un mod similar cu Additive manufacturing cu materiale plastice, dar în loc de materialele plastice utilizate în mod obișnuit, aici se utilizează diverse pulberi metalice pentru a forma componente metalice. Pulberile metalice utilizate sunt fabricate din diferite materiale și pot fi selectate în aliajul adecvat pentru a se potrivi piesei de prelucrat dorite și domeniului de aplicare. Astfel, fabricarea aditivă poate fi ușor transferată în alte industrii, deoarece piesele metalice pot suporta tensiuni semnificativ mai mari.
Ce procese sunt utilizate la fabricarea componentelor metalice?
Topirea selectivă cu laser
Topirea selectivă cu fascicul laser (SLBM) este unul dintre cele mai cunoscute procese de imprimare 3D pentru producția de componente metalice. Componentele realizate din oțel inoxidabil, titan, aluminiu, crom-cobalt și aliaje pe bază de nichel pot fi produse prin topirea și solidificarea locală a pulberilor metalice.
În prima etapă, se aplică un strat de pulbere metalică în spațiul de construcție. Apoi se introduce energie printr-un fascicul laser, astfel încât materialul să se topească împreună. Fasciculul laser afectează doar zonele din patul de pulbere în care urmează să fie creată componenta în stratul respectiv, în conformitate cu modelul 3D. Apoi, platforma de construcție este coborâtă cu o grosime de un strat și se aplică următorul strat de pulbere. În acest fel, componenta este creată strat cu strat.
Procesul are loc într-o atmosferă de gaz protector inert pentru a minimiza conținutul de oxigen și umiditate și pentru a asigura siguranța.
Gazele utilizate în mod obișnuit, argon sau azot (în unele cazuri, și heliu), protejează materialele prin înlocuirea gazelor din aer, împiedicând astfel oxidarea componentelor.
În plus, particulele de topire și gazele de ardere sunt îndepărtate în mod eficient de fluxul de gaz. Aceasta protejează interiorul componentei împotriva acumulării de murdărie.
Topirea selectivă cu laser are multe variante de proces modificate, care sunt enumerate în diferite nomenclaturi:
- Sinterizare directă cu laser metalic
- Laser Cusing
- Fuziunea laser a metalelor
- Imprimare directă pe metal
- Sinterizare cu laser
Topirea cu fascicul de electroni
Topirea cu fascicule de electroni permite obținerea unor rate ridicate de formare și este adesea utilizată în industria medicală și aerospațială. Procesul utilizează un fascicul de electroni ca sursă de energie și are loc la temperaturi ridicate, în vid. Utilizarea unor cantități mici de heliu în timpul procesului de construcție previne încărcarea statică a pulberii. După procesul de construcție, componentele și pulberea se răcesc mai repede într-o atmosferă de gaz inert care conține heliu.
Sudare cu laser
O altă variantă de fabricație aditivă este placarea cu laser. În acest proces de fabricație, materialul, care poate fi sub formă de pulbere sau de sârmă, este aplicat direct pe suprafață prin topire. Pulberea sau sârma metalică este introdusă direct în raza de acțiune a laserului cu ajutorul unei duze care este curățată cu gaz inert.
Additive Manufacturing – Gaze de proces diferite pentru diferite materiale
Selectarea atmosferei de gaz de protecție adecvate depinde de materialul utilizat, de cerințele de calitate și de procesul de fabricație. De exemplu, argonul este utilizat exclusiv pentru aliajele de titan. În cazul altor materiale, se poate folosi, de obicei, și azotul.
Studiile științifice au arătat că atât gazul utilizat pentru atomizarea pulberii, cât și gazul de procesare în procesul de AM pot avea o influență asupra microstructurii. Ce gaz de proces este potrivit pentru aplicația dumneavoastră depinde în mare măsură de parametrii procesului și de cerințele de calitate.
În cazul în care alimentarea cu gaz este întreruptă în timpul procesului de construcție, apar de obicei defecte la componente și trebuie reluate lucrările pe șantier. Prin urmare, o aprovizionare fiabilă și neîntreruptă cu gaz este deosebit de importantă pentru producția de componente.
Alimentare cu gaz personalizată pentru Additive Manufacturing
Experții de la Air Liquide vă vor consilia în mod cuprinzător cu privire la alimentarea optimă cu gaz. Primul pas este, de obicei, instalarea unei instalații centrale de alimentare cu gaz. Air Liquide vă oferă servicii profesionale de proiectare și instalare a conductelor de gaz. Prin utilizarea materialelor potrivite și prin conectarea componentelor conductei în conformitate cu reglementările, Air Liquide asigură o alimentare fără particule și etanșă la gaze până la punctul de consum.
Deoarece sistemele de topire cu fascicul laser sunt utilizate în interior, este necesară și o evaluare a siguranței, ca parte a evaluării riscurilor. Veți primi consultanță și sprijin cuprinzător din partea echipei de experți Air Liquide în evaluarea riscurilor, precum și o derivare a măsurilor necesare. Air Liquide vă oferă, de asemenea, instalarea unui sistem de monitorizare a aerului din încăpere, dacă este necesar - totul de la o singură sursă.
Cu dulapul de depozitare Dry P Cabinet vă puteți depozita pulberea în condiții de siguranță și protejată de influențele mediului înconjurător într-o atmosferă de gaz controlată.
Atmosferă de gaz inert individuală - Soluție individualizată
În cazul unei alimentări cu argon sau azot, puteți economisi costuri și timp prin utilizarea pachetelor Dual23 de 300 bar. Se pot utiliza în continuare fitinguri de 200 de bar rentabile și, cu un conținut cu 40% mai mare decât cel al pachetelor convenționale de 200 de bar, numărul de schimbări de pachete este redus la minimum.
Sistemul de monitorizare Air Liquide vă oferă, de asemenea, siguranță, confort și economie de timp prin monitorizarea nivelului pachetelor. Acesta vă notifică în mod automat de îndată ce este necesară o modificare a pachetului. Acest lucru sporește securitatea aprovizionării și elimină verificarea manuală a conținutului pachetelor, care consumă mult timp.
Pentru cerințe mai mari, este posibilă alimentarea unui rezervor cu azot sau argon lichefiat criogenic. Beneficiați de o mai mare siguranță a aprovizionării datorită monitorizării de la distanță a nivelului de umplere și a livrării automate de către autocisternele Air Liquide. Adesea, este posibil să se instaleze un rezervor pe o placă de beton prefabricată. Acest lucru vă permite să economisiți costuri, deoarece, în cazul în care solul este suficient de ferm, nu este nevoie de a pune o fundație. În plus, această soluție vă oferă o flexibilitate sporită.
În plus față de o sursă externă, azotul poate fi generat direct la locul de muncă cu un generator de azot. Air Liquide vă pune la dispoziție generatoare de azot de ultimă generație. Designul foarte compact vă economisește spațiu. În plus, reduceți cheltuielile de capital, spre deosebire de soluțiile prefabricate cu compresoare, deoarece rețeaua de aer comprimat existentă poate fi utilizată, de obicei, prin coordonare individuală.
Tratamentul termic al componentelor
Fiecare componentă AM necesită un tratament termic ulterior datorită procesului de fabricație.
Proprietățile mecano-tehnologice optime ale materialului se obțin numai printr-un proces de tratament termic adaptat la componentă și la cerințele acesteia.
Componentele, în special, sunt caracterizate de tensiuni interne ridicate, datorită răcirii extrem de rapide a metalului topit. Printr-un tratament termic orientat, cum ar fi recoacerea de reducere a tensiunilor, se pot reduce tensiunile interne și se poate modifica microstructura astfel încât să se obțină proprietăți mecanice mai bune.
În aplicațiile critice cu cerințe ridicate privind proprietățile mecanice, microporozitatea componentelor fabricate aditiv trebuie eliminată. Acest lucru se poate face prin presare izostatică la cald (HIP). HIP este o formă de tratament termic care combină presiunea ridicată cu temperaturi ridicate pentru a îmbunătăți proprietățile materialelor.
Curățarea cu gheață carbonică sau zăpadă CO2
Pentru cerințe de calitate ridicată, suprafețele componentelor fabricate aditiv pot fi supuse unei curățări de înaltă calitate. Procesele de curățare pe bază de dioxid de carbon sunt ideale pentru îndepărtarea reziduurilor de pulbere și a altor particule din componenta lor. Curățarea cu gheață carbonică sau zăpadă CO2 este ecologică, eficientă din punct de vedere al costurilor și permite obținerea unor rezultate optime de curățare.
Mai multe despre curățarea cu gheață carbonică sau zăpadă CO2
Utilizarea gazelor tehnice este esențială pentru Additive Manufacturing. Alegerea tipului și a cantității de componente ale gazului este influențată de mai mulți factori. Împreună, echipa de experți Air Liquide găsește cel mai bun amestec de gaze din punct de vedere tehnologic și economic pentru sarcina respectivă și implementează cea mai bună soluție împreună cu dumneavoastră.
