hirdetés

Inert gáz a 3D-fémnyomtatásban

A 3D-fémnyomtatás láthatatlan szereplői

A gázok láthatatlanok, szerepük mégis lényeges az additív gyártás során. A 3D-nyomtatási eljárás, illetve az alapanyag függvényében különböző tisztaságú gázokat alkalmaznak védő, szállító vagy hűtési feladatokra. Az alapanyag, fémpor gyártásához például nitrogént, argont vagy héliumot használnak a már felhevített, folyékony fém atomizálása során, így létrehozva a nyomtatáshoz szükséges, gömb alakú szemcsékből álló port.  

hirdetés

A csúcskategóriás fémadalékanyagok gyártásához és a megfelelő anyagtulajdonságú 3D-nyomtatott termékek létrehozásához tökéletes gázösszetételre van szükség.

Az inert gázok – mint például az argon és a nitrogén – kémiailag inaktív környezetet teremtenek, amely lehetővé teszi olyan alkatrészek építését, amelyek megkövetelik a nagy tisztaságú gyártási közeget. A fémadalékanyagok gyártásának (AM) legnagyobb kihívása, hogy az alkatrészek felépítése maximálisan ellenőrzött környezetben valósuljon meg, amelyben minimalizálni kell a szennyeződéseket.

Fontos, hogy az AM-folyamatok során ne legyenek jelen reaktív gázok, ne legyen szén-dioxid- vagy oxigénszennyeződés. Az inert gázok kulcsfontosságú szerepet játszanak a kiváló minőségű 3D-nyomtatott fém alkatrészek gyártásában – nemcsak az inert atmoszférában történő nyomtatásnál, ahol el kell kerülni a szennyeződéseket, de elengedhetetlen a gyártás előtti és utáni folyamatoknál is –, például a fémpor előállításánál, tárolásánál és az utómunka során.

A fémporalapú 3D-nyomtatási eljárás nagy tisztaságú, inert gázokkal – például argonnal vagy nitrogénnel – töltött kamrákban zajlik, hogy a reaktív gázokat kiszorítsák. Az oxigéntartalom rendkívül kicsi változása is ronthatja az oxigénre érzékeny ötvözetek – a titán vagy az alumínium – mechanikai vagy kémiai tulajdonságait, befolyásolhatja a végtermék összetételét, ami negatív fizikai jellemzőket, például elszíneződést, sőt még anyagfáradást is eredményezhet. Az AM-alkalmazásokban élenjáró iparágak, mint például a repülőgépipar, az autóipar és az orvostechnikai ipar esetében, az ilyen negatív termelési eredmények kritikusak.

A nagy gázgyártók az elmúlt években rengeteg energiát szenteltek annak, hogy fejlesszék a levegőben lévő szennyeződések optimális környezetét a 3D-fémnyomtatáshoz.

Fémpor gyártása és tárolása

A késztermék mechanikai tulajdonságai nemcsak magától az AM-eljárástól függenek, hanem az abban használt por jellemzőitől is. Az AM-ben használt fémporok minősége kritikus fontosságú, mivel befolyásolhatja a késztermék fizikai tulajdonságait, beleértve a szakítószilárdságot, a ridegséget, az ütésállóságot, a hőállóságot és a korrózióval szembeni ellenállást. A levegőben lévő gázok alapvető szerepet játszanak a fémporok megfelelő minőségének biztosításában.

Hogy a fémpor simán és egyenletesen áramoljon a 3D-nyomtatóban, arra van szükség, hogy a lehető leggömbölydedebbek legyenek a részecskék az alapanyagban, mert így a nyomtatott porréteg sűrűbb lehet. A szemcsék alakja befolyásolja a porozitást, mert a gömbalaktól való eltérés alacsonyabb sűrűséghez és így nagyobb porozitáshoz vezet. A legeredményesebben gázporlasztással lehet elérni a tökéletes gömbalakot.
A gázatomizációs eljárásoknál a rúd alakú alapanyagot indukciósan vagy plazmaívvel olvasztják meg. A folyékony fémáram körül fúvókákon keresztül vezetik a gázt, amely expandálás következtében jelentős nyomásesést szenved, és megváltoztatja az olvadék áramlásának jellegét. Ha az olvadék megfelelően túlhevített, akkor a hengeres alakból először kúppá, szalaggá, ellipszissé, majd gömbbé alakul. Az atomizálásra használt gáz – nitrogén, argon vagy hélium – az olvadék tulajdonságaitól is függően befolyásolni fogja a keletkezett por tulajdonságait.

A fémporok gyártásánál és az additív gyártási környezetben a cél a 100 ppm (0,01%) alatti oxigénszint biztosítása. Az ehhez alkalmazott gázok 5.0 tisztaságúak (99,999%), illetve 2 ppm alatti O2 és legfeljebb 3 ppm H2O szennyezőt tartalmazhatnak. A megfelelő minőség biztosításához a korszerű 3D-nyomtatók esetében nemcsak átöblítik védőgázzal a munkaterületet, hanem vákuumozzák is, majd ezt követően töltik fel a megfelelő védőgázzal, és kezdik meg a nyomtatást.

A fémpor minősége alapvetően befolyásolja a 3D-nyomtatott elem mikrostruktúráját és fizikai tulajdonságait, ezért pontosan meghatározott, állandó minőségűnek kell lennie, amihez a helyes tárolás és kezelés elengedhetetlen. A páratartalom öregíti a port, csökkenti annak folyékonyságát, és növeli az oxigén mennyiségét a nyomtatás során.
A fémporokat általában tartályokban vagy zárt szekrényekben tárolják a nyomtató közelében, az edény minden egyes megnyitásakor behatol a környezeti levegő és megváltozik a páratartalom, ami szennyeződést és az alapanyag roncsolódását eredményezheti. E probléma kiküszöbölésére fejlesztették ki a porszekrényt, amely nedvességszabályozó és -ellenőrző egységgel működik, folyamatosan méri és szabályozza a páratartalmat, így biztosítva az értékes, érzékeny fémporok minőségének megőrzését.

Utómunka gázok segítségével

A legtöbb AM-komponens a feszültségcsökkentés miatt hőkezelést igényel. Ezt forró izosztatikus préseléssel érik el (HIP), ami egy fejlett anyagkezelési eljárás, amely magas hőmérsékletet alkalmaz zárt, nagynyomású atmoszférában az öntött fémanyagok és alkatrészek belső porozitásának, üregeinek megszüntetésére. Izosztatikus nyomás alatt lévő edényben hőkezelik a munkadarabokat, az inert atmoszférát nagy tisztaságú argonnal biztosítják.

A Binder Jetting 3D-fémnyomtatási eljárás és a szinterezés során is szükség van inert gázokra, például argonra, vagy speciális reaktív gázkeverékre, amely hidrogént vagy metánt tartalmaz.

Mint látható, a gázoknak, elsősorban az argonnak, a héliumnak és a nitrogénnek fontos szerep jut a fémnyomtatáshoz szükséges minőségi fémporok gyártásában, valamint a 3D-nyomtatási környezetben a nedvesség és az oxigén távol tartásában, továbbá hatással vannak a gyors olvasztási és szilárdulási folyamatokra is.

Trapp Henci
a szerző cikkei

hirdetés
Ha hozzá kíván szólni, jelentkezzen be!
 
hirdetés
hirdetés
hirdetés

Kiadónk társoldalai

hirdetés