ETH Cīrihes studenti ir izstrādājuši lāzera pulvera gultnes saplūšanas mašīnu, kas ved pa apļveida instrumentu ceļu, lai izdrukātu apaļus komponentus, kas ļauj apstrādāt vairākus metālus vienlaikus. Sistēma ievērojami samazina ražošanas laiku un paver jaunas iespējas kosmosam un rūpniecībai. ETH ir iesniedzis mašīnai patenta pieteikumu, un rezultāti tiek publicētiCirp Annals.
Mūsdienās praktiski visi modernie raķešu dzinēji paļaujas uz 3D drukāšanu, lai maksimāli palielinātu to veiktspēju ar stingru savienojumu starp struktūru un funkcijām. ETH Cīrihes studenti tagad ir uzbūvējuši augstu - ātrumu Multi - Materiāla metāla printeris: lāzera pulvera gultnes saplūšanas mašīna, kas pagriež pulvera nogulsnēšanos un gāzes plūsmas sprauslas, kamēr tas izdrukā, tas nozīmē, ka tas var apstrādāt vairākus metālus vienlaicīgi un bez procesa miruša laika. Mašīna var būtiski mainīt metāla detaļu 3D drukāšanu, kā rezultātā ievērojami samazinās ražošanas laiks un izmaksas.
Sešu bakalaura studentu komanda viņu piektajā un sestajā semestrī attīstīja jauno mašīnu Advanced Ražošanas laboratorijā ETH profesora Markusa Bambaha un vecākā zinātnieka Maikla Tuckera vadībā kā daļu no Focus projekta Rapture. Tikai deviņos mēnešos studenti saprata, uzbūvēja un pārbaudīja savu ideju. Mašīna ir īpaši paredzēta lietojumprogrammām kosmosā, kurā ir aptuveni cilindriskas ģeometrijas, piemēram, raķešu sprauslas un turbomachinery, bet tā arī ir plaša interese par mašīnbūvi.
Piekļuves nodrošināšana progresīvai tehnoloģijai
Projekts Lead Tucker skaidro, ka projekts radās no ļoti specifiska izaicinājuma: BI - šķidruma - darbināmas raķešu sprauslas ARIS, Šveices akadēmiskās telpas iniciatīvas, kas veido savas raķetes, veido savas raķetes, lai sasniegtu kosmosu. Dažu nākamo gadu laikā ARIS mērķis ir sasniegt Kármán līniju - starptautiski atzīto telpas robežu, kas noteikta 100 kilometru augstumā, no kuras atmosfēra ir pārāk plāna, lai atbalstītu lidojumu ar lidmašīnu bez īpašas piedziņas.
Lai izturētu intensīvu karstumu un spiedienu uz pagarinātu palaišanu, raķešu sprauslas būtu ideāli jāizgatavo no vairākiem metāliem. Piemēram, to interjeru var izgatavot no siltuma - Vara vadīšanas ar integrētiem dzesēšanas kanāliem un siltuma ārpusi - izturīgs niķeļa sakausējums. "Nelieliem spēlētājiem, piemēram, mūsu studentu raķešu komandai, šāda veida vairāku - materiālu tehnoloģija ir līdz šim ir bijusi pārāk sarežģīta un pārāk dārga, izliekot to nepieejamā vietā," saka Tucker.
Rotācijas 3D drukāšana
Jaunās mašīnas sirds ir rotējoša platforma, kas nodrošina augstu - ātruma drukāšanas procesu. Atšķirībā no parastajām taisnu lāzera pulvera gultnes saplūšanas mašīnām, kur pēc katra slāņa izkusis ir jāpieliek jauns pulvera slānis, Rapture Machine darbojas bez - apstāšanās, pateicoties tās rotējošajai platformai. Tas nozīmē, ka pulveri vienlaikus uzklāj un sakausē lāzers, kas ievērojami uzlabo produktivitāti. Tas samazina cilindrisko komponentu ražošanas laiku par vairāk nekā divām trešdaļām.
"Šis process ir ideāli piemērots raķešu sprauslām, rotējošiem motoriem un daudziem citiem komponentiem aviācijas un kosmosa nozarē," saka Tucker. "Viņiem parasti ir liels diametrs, bet ļoti plānas sienas," viņš piebilst. Kamēr mašīna spēj arī ražot - asimetriskus vai pat detaļu blokus, rotējošā metode ir īpaši efektīva, lai precīzi iegūtu šo ģeometriju.
Divu metālu drukāšana vienlaicīgi
Rotējošā mašīna vienā operācijā var apstrādāt divus dažādus metālus. Parastām sistēmām ir nepieciešami vairāki soļi un daudz lielāks metāla pulvera daudzums. Tā kā jaukta pulvera atdalīšana un atgūšana joprojām ir atvērts izaicinājums, šodien liela daļa šī pulvera kļūst par atkritumiem. Jaunā metode novieto tikai materiālu, kurā tas faktiski ir nepieciešams komponentā, tādējādi samazinot atkritumus.
Mašīnai ir mehānisms, kas pūst inerto gāzi virs apgabala, kur pulveris ir sapludināts. Tas neļauj komponentam oksidēt, kamēr tā tiek drukāta. Suut, izšļakstot un citus ar - produktiem sistemātiski tiek iegūti caur izejas palīdzību. "Sākumā mēs par zemu novērtējām, cik lielā mērā gāzes plūsmas mehānisms ietekmē produktu kvalitāti," saka Tucker. "Tagad mēs zinām, ka tas ir ļoti svarīgi." Pateicoties jaunizveidotās mašīnas rotējošajai arhitektūrai, vietējās gāzes plūsmas apstākļus var kontrolēt daudz stingrāk nekā ar parasto mašīnu.
Pielāgoti, nevis standarta komponenti
Studenti saskārās ar vairākiem tehniskiem izaicinājumiem, izstrādājot jaunu lāzera pulvera gultnes saplūšanas mašīnu, no kurām viena bija saistīta ar skenējošā lāzera sinhronizāciju ar gāzes ieplūdes un pulvera piegādi. Turklāt, tā kā daudzas mašīnas vajadzīgās detaļas nav komerciāli pieejamas, komanda izstrādāja savas. Tajos ietilpst gāzes ieplūdes apgriezts savienojums un sistēma, kas darbības laikā automātiski uzpilda pulveri.
Neskatoties uz to, studentu komandai ir izdevies izveidot mašīnu, kas gandrīz izskatās gatava rūpnieciskai lietošanai. Tuckeram tas bija viens no fokusa projekta akcentiem: "Tas, ka studentu komanda deviņos mēnešos izstrādāja un uzbūvēja funkcionējošu mašīnu, ir diezgan ievērojams."
Aviācijas un kosmosa potenciāls, e - mobilitāte un daudz kas cits
Kā arī konkrēti pielietojumi ARI un kosmosa rūpniecībai kopumā, komanda redz potenciālu pielietojumu citās nozarēs, piemēram, gaisa kuģu un gāzes turbīnās, un elektromotoriem, kur gredzens - formas ģeometrijas ir norma. Sakarā ar tā jaunumu un milzīgo komerciālo potenciālu, ETH tika iesniegts patenta pieteikums, kas aptver rotācijas multi - materiāla lāzera pulvera gultnes saplūšanas tehnoloģiju, kas kopš tā laika ir nominēta ETH Spark balvai.
Komponentiem, kas līdz šim ražoti ar prototipu, diametrs ir līdz 20 centimetriem. Pētniecības komanda tagad meklē procesa palielināšanu līdz lielākam ātrumam un lielākam diametram, un viņi šobrīd meklē nozares partnerus, lai ar viņiem sadarbotos, lai turpinātu attīstīt un izvietot šo revolucionāro tehnoloģiju.
