Ipari gázok

Új dimenziókban az additív gyártás

Az elmúlt években az additív gyártás úttörői, a vezető gépgyártók és technológiafejlesztők milliárdos befektetései meredeken felfelé ívelő szakaszba lendítették az additív gyártást a nyomtatható fémek és a fémnyomtatási technológiák fejlesztésével. Nem maradhatnak le ettől az iparigáz-gyártók sem, így intenzív munka zajlik az új eljárásokhoz szükséges védőgázok hatásainak tesztelése terén.

hirdetés

Míg korábban a fémnyomtatási technológiákkal készült darabok a prototípusgyártást forradalmasították 70-75 százalékkal csökkentve a prototípusok előállításának idejét, addig napjainkban a szériatermelés kerül előtérbe. Az alkatrészgyártás területén a hagyományos eljárásokhoz képest az additív fémnyomtatás 40-85 százalékkal gyorsabban képes előállítani bonyolult geometriájú alkatrészeket. Az így elkészült darabok közül egyre több fémnyomtatott alkatrész felel meg a szigorú ellenőrzéseken, és kapja meg a gyártástechnológiai jóváhagyást.

Az additív gyártás iránt nagy érdeklődést tanúsít a repülőgép- és az űripar, a gépjárműgyártás, az energetikai ipar, valamint az orvostechnika, ezen belül az egyéni igényekre szabott protézis- és szervgyártás. A repülőgép- és az autóiparban a súlycsökkentés az igazi hajtóerő. Az energetikai szektorban a turbinalapátok, komplex üzemanyag-befecskendezők létrehozásában hatalmas szerep jut a nyomtatásnak. Egyre több termék gyártásánál kísérleteznek azzal, hogy a hagyományos eljárásokat innovatív technológiára cseréljék.

Új termékek additív gyártáshoz

A gázok láthatatlanok, szerepük mégis lényeges az additív gyártás során. Az eljárás, illetve az alapanyag függvényében különböző tisztaságú gázokat alkalmaznak védő, szállító vagy hűtési feladatokra. A Messer az additív eljárások számára Addline néven új termékcsoportot hozott létre.

Lézeres felrakóhegesztés folyamata (forrás: Nutech)
Lézeres felrakóhegesztés folyamata (forrás: Nutech)

A gázoknak fontos szerep jut az alapanyagok, a minőségi fémporok gyártásában, valamint a 3D-nyomtatási környezetben a nedvesség és az oxigén távoltartásában, továbbá hatással vannak a gyors olvasztási és szilárdulási folyamatra. Az oxigén jelenléte nem kívánatos sem az alapanyaggyártásnál, sem a 3D-nyomtatásnál, mivel a keletkező oxidok károsan hatnak a végtermék minőségére, negatívan befolyásolják a porok alakját, a nyomtatással készült termékek mechanikai tulajdonságait, nyomtathatóságát. Ezért 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.

Az alapanyaggyártás újdonságai

Az alapanyaggyártásban jelentős szerepet kapnak a plazma-, a gáz- és a konfigurációs atomizációs technológiák továbbfejlesztett változatai, amelyek kiváló minőségű fémporok előállítására alkalmasak. 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 megfelelőn 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 gömb alaktól való eltérés a szilárd oxidok létrejötte miatt alakul ki, amelyek a szemcsék felületén jönnek létre. Az oxidképződés drasztikusan megnöveli a viszkozitást, és ez meggátolja a gömb alakú cseppek létrejöttét. Ezért célszerű az oxigénmennyiséget a lehető legalacsonyabb szinten tartani.

A nyomtatható alapanyagnak megfelelő védőgáz kiválasztása (forrás: Messer)
A nyomtatható alapanyagnak megfelelő védőgáz kiválasztása (forrás: Messer)

A repülőgépiparban tapasztalt rohamos fejlődés visszahat a 3D-nyomtatás technológiai megújulására is. Számos új nyomtatható alapanyagot, például a Scalmalloy (szkadmium, alumínium, magnézium ötvözetét) nevűt köszönhetjük annak, hogy ebben az iparágban felkapott gyártási eljárássá váltak az additív megmunkálások. Az alapanyaggyártók is egyre jobb minőségű és egyre kisebb szemcseátmérőjű (15-50 µm) porokat kínálnak a gyártóknak. Ezeknek köszönhetően a nyomtatott termékek felületi érdessége csökken, vagyis vékonyabb rétegek, finomabb részletek nyomtatását teszik lehetővé.

Eljárásváltozatok

Porágyas technológiák A porágyas lézersugaras olvasztást (Laser Beam Melting) gyakran fémes 3D-nyomtatásnak, Powder Bed Fusionnek vagy Selective Laser Meltingnek is nevezik. A lézer a munkadarabot rétegről rétegre építi fel egy tartályban lévő porágyból. Márkaneves változatok a DMLS (Direct Metal Laser Sintering) vagy a Laser Cusing, illetve az SLM (Selectiv Laser Melting). A porágyas technológiáknál a fémpor oxigénnel vagy nedvességgel történő érintkezése annak progresszív lebomlását eredményezi. Ez a megfelelő tisztaságú gázok alkalmazásával elkerülhető. Az eljárásváltozatok alapanyagtól függően argon, hélium, illetve nitrogén védőgázt használnak a porágy, illetve az olvadék védelmére.

Az EBM- (Electron Beam Melting) technológia szintén fémporral dolgozik, itt viszont egy elektronnyaláb hozza létre az összeolvasztáshoz szükséges hőmennyiséget. Ez az eljárás nem igényel védőgázokat, mivel vákuumban történik a megmunkálás.

Porterítéses technológiák A lézeres felrakóhegesztés angol megnevezéssel Laser Metal Deposition (LMD), Direct Energy Deposition vagy Laser Claddingként is ismert eljárásokat takar, amelyeknél egy vagy több fúvókán keresztül a fémpor automatizálva kerül bevezetésre, és ezt a lézersugár vékony rétegben megolvasztja. A fókuszfolt nagyságától függően különböző szélességű hernyóvarrat képződik a felületen. Az eljárások egyidejűleg különböző összetételű porokkal is kivitelezhetők. A DMLM (Direct Metal Laser Melting) eljárásváltozattal akár 20 µm vastagságú rétegekkel dolgozhatunk, szintén rétegenként terített fémporban. Ezek az eljárások a por továbbítására, valamint a porvédelemre argont, héliumot, illetve nitrogént használnak. A plazma felrakóhegesztés változatnál a hőforrást a plazmaív szolgáltatja. Ehhez plazmagázokra (Ar, N2, Ar+5% H2 és N2+35% H2) és védőgázra (Ar, He) van szükség.

Additív gyártással készült csigaspirál
Additív gyártással készült csigaspirál

Huzaladagolású technológiák A huzaladagolású additív eljárásváltozatokhoz gyakorlatilag minden energiaforrás (lézer, plazma, elektromos ív) használható. A hegesztőhuzalos védőgázos additív eljárások is komoly fejlődésen mentek keresztül. Ehhez nagymértékben hozzájárul a hegesztőrobotok nagy pontosságú vezérlései, hajtásai és az adaptív hegesztési eljárásváltozatok fejlesztése, ami a hegesztési paraméterek nagyon szűk tartományon belüli alkalmazásával lehetővé teszi a vékony falú testek hegesztéssel történő létrehozását, illetve a bonyolult struktúrák kialakítását. Ezekhez elsősorban argon védőgázt alkalmaznak.

„Ha az indulatok nagyok, indulnak a nagyok”

2017 a nagy együttműködések és kooperációk bejelentési éve. A világ vezető energetikai szereplői, a vezető járműgyártók erőiket egyesítve az additív berendezések és a robotrendszerek gyártóival, továbbá a szoftverfejlesztőkkel újabb lendületet adnak az additív technológiák fejlesztésének. Általános cél az additív technológiák továbbfejlesztése, validálása és széles körű bevezetése, valamint elterjesztése a sorozatgyártásban. A gázgyártók számára kihívás a különböző összetételű védőgázkeverékek hatásainak vizsgálata.

Számos megoldandó feladat vár még az additív technológiák fejlesztőire, de nem kétséges, hogy az ilyen koncentrált együttműködésnek hamarosan látni fogjuk az eredményeit.

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

Kiadónk társoldalai

hirdetés