hirdetés
hirdetés

Nem csak a technológián múlik

Anyagok fémnyomtatáshoz: ezekből lesznek a legizgalmasabb felületelemek

Az additív gyártás a hagyományos gyártási eljárások – mint a forgácsolás vagy a melegalakítás – remek kiegészítője lehet. A tisztán addítiv vagy az összetett technológiával a speciális alkatrészek létrehozása mellett akár többkomponensű munkadarabok gyártása, illetve javítása is lehetségessé válik. Ma pedig már nemcsak az eljárások között válogathatunk, hanem az anyagok széles választékából is.

hirdetés

A fémnyomtatás egyik legfontosabb előnye a formai szabadság: a technológia számos, a hagyományos megmunkálási módok esetén tapasztalt kötöttséget kiküszöbölhet. Ennek köszönhető, hogy az utóbbi tíz évben a várakozások ellenére is egyre nagyobb szerep jut a 3D-nyomtatásnak, műanyagok mellett fém alapanyagokból is. Az alámetszéseket, üregeket tartalmazó, esetleg egyedi textúrával vagy felülettel rendelkező munkadarabok esetén a 3D-nyomtatás különösen perspektívikus alternatíva; azonban ahhoz, hogy valóban felvehesse a versenyt a forgácsolásos alkatrészgyártással, elengedhetetlen a fémek nyomtatásának szerteágazó fejlődése is. A teherviselő elemek körében az iparban továbbra is a fémek a legelterjedtebbek, és a fémnyomtatás gazdaságos és a forgácsolást jól kiegészítő alkalmazása ilyen termékek gyártásában is a termelés szolgálatába állhat.

Prototípustól a sorozatgyártásig

A 3D-nyomtatás, bár nem a fémek nyomtatásával indult, az utóbbi évtizedben sokat fejlődött e téren. Köszönhető ez a technológiai újításoknak, illetve az ipari igények serkentette kutatásoknak is. Az új anyagok, illetve a már ismertek vizsgálata lehetővé teszi, hogy egyre többféle anyagminőség nyomtatása váljon elérhetővé – így a 3D-nyomtatás többé nem csak a prototípusgyártás eljárása lehet. Helyette önálló gyártási művelet válhat belőle, vagy olyan technológia, amely kiválóan kiegészíti a forgácsolást a sorozatgyártásban is.

A 3D-nyomtatás helye a megmunkálásban

Többféle lehetőség van arra, hogy a 3D-nyomtatás előnyeiből profitálhassunk a termelésben. Az egyik ilyen a teljes alkatrészek gyártása nyomtatással: csakúgy, mint a prototípusgyártásnál, ebben az esetben is teljes mértékben nyomtatott alkatrészről beszélünk.

Napjainkban mégis egyre nagyobb teret hódít a kombinált gyártás: ennek során a nyomtatott felületelemeket a már készre munkált (forgácsolt, öntött) alkatrészeken hozzuk létre. Az eljárással jelentős költségmegtakarítás érhető el, hiszen annak ellenére, hogy a nyomtatás egyre felkapottabb, a technológiai költség és az anyagár jelentős csökkenése még várat magára. Az additív és a hagyományos gyártás közös alkalmazásával tehát – akár egy gépen – kihasználhatjuk mind a forgácsolás, mind a nyomtatás előnyeit. Ez pedig ugyanúgy érvényes az alkatrészek létrehozására, valamint a javítására.

Utóbbi eljárás előnyeit pedig a sorozatgyártás költségkorlátai indokolják a legjobban: még akkor is megéri forgácsolással előállítani a nagyobb és egyszerűbb felületelemeket a munkadarabokon, ha a 3D-nyomtatás mint lehetőség rendelkezésre áll. A kombinált gyártás ráadásul időtakarékos is: ugyanis a legmodernebb nyomtatási eljárások időszükséglete sem olyan mérsékelt még, hogy teljes egészében kiválthassuk velük a sorozatgyártásban általában alkalmazott gyors és olcsónak számító megmunkálási módokat.

Bővülő anyagválaszték

A fémmegmunkálásban elterjedt anyagok az általános felhasználásúaktól egészen a speciális fémekig terjednek – arról, hogy mikor mit választunk, mindenképpen az alkalmazási körülmények és a munkadarabbal szemben támasztott elvárások döntenek. Befolyásolja ezt továbbá az elérhető technológia, a szükséges utókezelés és a sorozatgyártásban igen gyakran emlegetett költségtényező is.

A 3D-nyomtatásban használt fémporok pedig kimondottan drága ipari alapanyagok: egy kilogramm 316L minőségű rozsdamentes acélpor ára 350 és 450 dollár között alakul (forrás: 3D Hubs). Ez a fejlesztéseket a munkadarabok anyagszükségletének minimalizálására ösztönzi, ami a nyomtatással egyáltalán nem lehetetlen: a megfelelő szerkezet kialakítása, a könnyítések, az üregek alkalmazása is ebbe az irányba mutat.

Az acélok mellett választhatunk alumínium, titán, kobalt, króm és nikkelötvözet alapanyagokat is, továbbá nemesfémeket, utóbbiak azonban elsősorban az ékszerkészítésben használatosak. Az SLM- (szelektív lézeres olvasztás) és DMLS- (direkt lézeres fémolvasztás) eljárások előnye továbbá, hogy olyan – porformátumú – anyagokat is alkatrészekké alakíthatunk velük, amelyeket forgácsolással igen nehéz lenne kiképezni, függetlenül a kialakítandó geometriától . Ilyenek a nikkel és a kobalt-króm szuperötvözetek. Ezekben az esetekben, bár a 3D-nyomtatás és az kombinált megmunkálás egyáltalán nem olcsó gyártási eljárások, jelentős idő- és költségmegtakarítást jelenthetnek, miközben számottevően kevesebb anyag felhasználásával elérhető a kívánt alak.

A leggyakrabban alkalmazott fémek 3D-nyomtatáshoz

A 3D Hubs gyűjtése szerint az additív gyártásban leggyakrabban használt fémek igen sokfélék lehetnek. Tekintsük át most ezek tulajdonságait!

  • Alumínium és ötvözetei (4047, 6061, 7075): Jó mechanikai tulajdonságokkal rendelkeznek, és hőtűrésük is igen jó. Kis sűrűségüknek köszönhetően könnyű munkadarabok készíthetők belőlük, vezetőképességük pedig számos alkalmazásban kamatoztatható. Hátrányuk, hogy keménységük elmarad az acélokétól, így felhasználásukkor körültekintőnek kell lennünk a méretezésben.
  • Rozsdamentes és szerszámacélok (17-4 PH, 316L, 304 és H13, A2, D2): Kiemelkedő kopásállóság és kiváló keménység jellemzi ezeket az anyagokat, miközben rugalmasak és hegeszthetők. Beszerzésük azonban igen drága.
  • Titániumötvözetek (Ti64): Korrózióálló, biokompatibilis anyagok, kimagasló teherbírással, amihez kis súly társul. Hőtágulása igen csekély, így számos orvostechnikai alkalmazásban bizonyít ez az anyagtípus. Nyomtatása egyedi protézisek gyártását teszi lehetővé.
  • Kobalt-króm szuperötvözetek: Kiváló kopásállóság és a korróziónak való ellenállás jellemzi őket, tulajdonságakat pedig igen magas hőmérsékleten is megtartják. Keménységük nagyon nagy, ami a hagyományos megmunkálási eljárások esetén nehézséget jelent, 3D-nyomtatással azonban ez kiküszöbölhető. Biokompatibilitásuknak köszönhetően a titánötvözetekhez hasonlóan számos területen alkalmazhatók az orvostechnikai iparban is.
  • Nikkel-szuperötvözetek (Inconel): Kiváló mechanikai tulajdonságaik mellett ultramagas hőállósággal bíró anyagok, valamint rendkívül ellenállók a korrózióval szemben is. Kimondottan extrém környezetekben alkalmazzák őket, borsos áruk miatt pedig elengedhetetlen a gazdaságos megmunkálási és gyártási eljárások használata.
  • Nemesfémek: Elsősorban ékszerészeti alkalmazásokban találkozunk velük, mivel rendkívül drágák ezek az anyagok. Nyomtatással azonban jól gazdálkodhatunk a készletekkel.

Túl a tulajdonságokon

A felsorolt anyagok és anyagminőségek széles körű felhasználásra adnak alkalmat a 3D-nyomtatott alkatrészeknek. Azonban a nyomtatás sikere nem csak ezeken múlik. Ahhoz, hogy valóban működőképes és tartós alkatrészeket készíthessünk ezekből a fémekből, megfelelő alapanyagként kell hogy a rendelkezésünkre álljanak. Ez lehet por (ez a gyakoribb) vagy fémfilament, függően attól, hogy milyen anyaggal dolgozunk.

Az alapanyag formáját befolyásolja továbbá az is, hogy a gyártás,a nyomtatás során milyen eljárást használunk, illetve a kiválasztásnál fontos szempont az elérni kívánt méretpontosság (-tartomány) is. A fémporok előállítása egyébként költséges folyamat, az egyes anyagoknál pedig nemcsak a porok létrehozása, hanem szállításuk és tárolásuk is körültekintést igényel.

Így a 3D-fémnyomtatás során olyan paramétereket is figyelembe kell vennünk, amelyek az anyag speciális kezelésére vonatkoznak. S bár ezek egy része a hagyományos fémmegmunkálási eljárásoknál sem megkerülhető, az additív eljárások esetén még alaposabban kell kialakítanunk a gyártási és tárolási környezetet, ezzel biztosítva a költséges alapanyagok és a gyártási folyamat konstans kiváló minőségét.

Kun Zsuzsanna
a szerző cikkei

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

Kiadónk társoldalai

hirdetés