دانش آموزان در ETH زوریخ یک دستگاه فیوژن بستر پودر لیزر ایجاد کرده اند که از یک مسیر ابزار دایره ای برای چاپ اجزای گرد پیروی می کند ، که امکان پردازش چندین فلز را به طور همزمان فراهم می کند. این سیستم به طور قابل توجهی زمان تولید را کاهش می دهد و امکانات جدیدی را برای هوافضا و صنعت باز می کند. ETH یک برنامه ثبت اختراع برای دستگاه ثبت کرده است ، و نتایج در آن منتشر شده استسالنامه های CIRP.
امروزه ، تقریباً تمام موتورهای موشک مدرن به چاپ سه بعدی متکی هستند تا عملکرد خود را با اتصال محکم بین ساختار و عملکرد به حداکثر برسانند. دانش آموزان در ETH Zurich اکنون یک چاپگر فلزی MATEL MUTE MATEL: یک دستگاه فیوژن پودر لیزری که رسوب پودر و نازل های جریان گاز را می چرخاند ، یک دستگاه پودر لیزر را می چرخاند ، این بدان معنی است که می تواند چندین فلز را به طور همزمان و بدون فرآیند زمان مرده پردازش کند. این دستگاه اساساً می تواند چاپ سه بعدی قطعات فلزی را تغییر دهد و در نتیجه کاهش قابل توجهی در زمان و هزینه تولید داشته باشد.
تیم شش دانش آموز لیسانس در ترم پنجم و ششم خود دستگاه جدید را در آزمایشگاه تولید پیشرفته تحت هدایت استاد اخلاق مارکوس بامباچ و دانشمند ارشد مایکل تاکر به عنوان بخشی از پروژه تمرکز Rapture توسعه داد. در طی نه ماه ، دانش آموزان ایده خود را تحقق بخشند ، ساختند و آزمایش کردند. این دستگاه به ویژه در برنامه های هوافضا با هدف هندسه های تقریباً استوانه ای مانند نازل موشک و توربوماشینری هدف قرار گرفته است ، اما همچنین مورد توجه مهندسی مکانیک است.
دسترسی به فناوری پیشرفته
Tucker Lead Lead توضیح می دهد که این پروژه از یک چالش بسیار خاص به وجود آمده است: توسعه BI - مایع-} نازل های موشک سوخت شده برای ARI ، ابتکار فضایی آکادمیک سوئیس ، که در حال ساختن موشک های خاص خود با چشم انداز رسیدن به فضا است. طی چند سال آینده ، آریس قصد دارد به خط Kármán- مرز بین المللی شناخته شده فضای بین المللی در ارتفاع 100 کیلومتری برسد ، که فراتر از آن جو برای پشتیبانی از پرواز توسط هواپیما بدون پیشرانه خاص بسیار نازک است.
به منظور مقاومت در برابر گرما و فشار شدید در مورد پرتاب طولانی ، نازل های موشکی باید از چندین فلز ساخته شوند. به عنوان مثال ، فضای داخلی آنها را می توان از گرما- انجام مس با کانال های خنک کننده یکپارچه و قسمت بیرونی آنها از یک گرما - آلیاژ نیکل مقاوم کرد. Tucker می گوید: "برای بازیکنان کوچک مانند تیم Rocket Student ما ، این نوع فناوری Multi {4} Material تاکنون بسیار پیچیده و بسیار گران قیمت بوده و آن را از دسترس خارج می کند."
چاپ سه بعدی چرخشی
قلب دستگاه جدید یک بستر چرخان است که یک فرآیند چاپ سرعت {{0} را امکان پذیر می کند. بر خلاف دستگاه های فیوژن بستر پودر لیزر مستطیل معمولی ، که در آن باید یک لایه جدید پودر پس از ذوب شدن هر لایه اعمال شود ، دستگاه Rapture به لطف سکوی چرخان خود ، {2} را متوقف می کند. این بدان معنی است که پودر به طور همزمان توسط لیزر استفاده و ذوب می شود ، که به طور قابل توجهی بهره وری را افزایش می دهد. این کار بیش از دو سوم زمان تولید اجزای استوانه ای را کاهش می دهد.
تاکر می گوید: "این فرایند از نظر ایده آل برای نازل موشک ، موتورهای چرخان و بسیاری از اجزای دیگر در صنعت هوافضا مناسب است." وی می افزاید: "آنها به طور معمول دارای قطر بزرگ اما دیوارهای بسیار نازک هستند." در حالی که دستگاه همچنین قادر به تولید غیر - محور یا حتی آرایه های قطعات است ، روش چرخش به ویژه برای تولید دقیق این هندسه مؤثر است.
چاپ همزمان دو فلز
دستگاه چرخان می تواند دو فلز مختلف را در یک عمل واحد پردازش کند. سیستم های معمولی به چندین مرحله و مقدار بسیار بیشتری پودر فلزی نیاز دارند. از آنجا که جداسازی و بازیابی پودر مخلوط یک چالش باز است ، امروزه بخش اعظم این پودر زباله می شود. روش جدید فقط مواد را در جایی که در واقع در داخل مؤلفه مورد نیاز است ، قرار می دهد و در نتیجه زباله ها را کاهش می دهد.
این دستگاه دارای مکانیسم است که گاز بی اثر را بر روی منطقه ای که پودر در آن ذوب شده است ، می کشد. این مانع از اکسیداسیون مؤلفه در هنگام چاپ می شود. دوده ، پاتر و سایر محصولات توسط محصولات - به طور سیستماتیک از طریق یک خروجی استخراج می شوند. تاکر می گوید: "در ابتدا ما چقدر مکانیسم جریان گاز بر کیفیت محصول تأثیر می گذارد." "اکنون می دانیم که بسیار مهم است." به لطف معماری چرخان دستگاه تازه توسعه یافته ، شرایط جریان گاز محلی می تواند بسیار محکم تر از یک دستگاه معمولی کنترل شود.
سفارشی به جای اجزای استاندارد
دانش آموزان هنگام توسعه دستگاه فیوژن بستر پودر لیزر جدید با چالش های فنی روبرو شدند که یکی از آنها شامل هماهنگی لیزر اسکن با چرخش ورودی گاز و عرضه پودر بود. علاوه بر این ، از آنجا که بسیاری از قطعات مورد نیاز دستگاه از نظر تجاری در دسترس نیستند ، این تیم خود را طراحی کرد. اینها شامل اتصال قابل چرخش برای ورودی گاز و سیستمی است که به طور خودکار پودر را در حین کار دوباره پر می کند.
با این وجود ، تیم دانشجویان موفق به ساخت دستگاهی ساخته شده است که تقریباً برای کاربردهای صنعتی آماده است. برای تاکر ، این یکی از نکات برجسته پروژه Focus بود: "این واقعیت که تیمی از دانش آموزان در نه ماه یک ماشین کارکرد را توسعه داده و ساخته اند بسیار قابل توجه است."
پتانسیل برای هوافضا ، E - تحرک و موارد دیگر
و همچنین برنامه های بتونی برای ARI ها و به طور کلی برای صنعت هوافضا ، این تیم برنامه های بالقوه را در سایر بخش ها ، مانند هواپیما و توربین های گازی و برای موتورهای برقی که در آن هندسه های حلقه- شکل وجود دارد ، می بیند. به دلیل جدید بودن و پتانسیل تجاری فوق العاده آن ، یک برنامه ثبت اختراع توسط ETH که پوشش آن فن آوری فیوژن بستر پودر لیزر Multi {2} Matchant است ، که از آن زمان نامزد دریافت جایزه ETH Spark شد ، ثبت شد.
اجزای تولید شده تاکنون با نمونه اولیه دارای قطر حداکثر 20 سانتی متر هستند. تیم تحقیقاتی اکنون به دنبال مقیاس بندی این روند به سرعت های بالاتر و قطرهای بزرگتر است و در حال حاضر به دنبال شرکای صنعت برای همکاری با آنها برای توسعه و استقرار بیشتر این فناوری انقلابی هستند.
