3D baskıda daha fazla esneklik ve malzeme çok yönlülüğü için toz yelpazesi

(Nanwerk Haberleri) Toz bazlı lazer ışını eritme (LPPF) muhtemelen en ünlü AM işlemidir ve endüstriyel uygulamalar için büyük potansiyele sahiptir. Ancak bu süreç için sınırlı malzeme kapsamı nasıl engellenebilir ve pazar potansiyelini daha da genişletebilir? Bu soru, RWTH Aachen Üniversitesi’ndeki IWM ve “LPBF toz kiti” projesinde Fraunhofer IFAM tarafından ele alındı.

Sonuç, metal tozu karışımlarının tek ve sağlam işlenmesi için sürdürülebilir bir çözümün geliştirilmesiydi, böylece kullanıcı istenen malzeme özelliklerini küçük bir metal tozu seçimiyle kapsayabiliyor ve alaşımları esnek bir şekilde ayarlayabiliyordu. Birkaç temel malzeme, birçok malzeme özelliği kombinasyonuna yol açar. Lazer ışını ile 3D baskı için “LPBF Powder Kit” konsepti. (Fotoğraf: Fraunhofer IFAM)

3D baskı, bileşenlerin oluşturulmasında ve üretilmesinde maksimum tasarım özgürlüğü sağlar. Bu avantajlar, 3D baskı teknolojilerinin otomobil veya havacılık gibi teknik alanlarda sağlam bir şekilde yerleşmesini sağlamıştır.

Ancak, farklı uygulama alanları yalnızca mümkün olan en iyi mühendislik tasarımını değil, aynı zamanda iyileştirilmiş malzeme özelliklerini de gerektirir. Bu uygun bir malzeme gerektirir. Bununla birlikte, eklemeli imalat malzemelerine yönelik araştırmalar henüz emekleme aşamasındadır.

Şimdiye kadar, ekipman üreticileri tarafından süreçleri için kalifiye edilen malzemeler, sektördeki çeşitli eklemeli üretim süreçlerini oluşturmak için büyük ölçüde işlendi. Bu malzeme grubu oldukça küçüktür ve çeşitlilik açısından çoğunlukla metallerin eritilmesiyle üretilen geleneksel malzemelerle karşılaştırılamaz.

Geleneksel üretim süreçlerinde, her özel uygulama için yüzlerce farklı çelik, alüminyum alaşımları, aşınmaya dayanıklı kobalt-krom alaşımları ve daha fazlası vardır. 3D baskıda, tüm metalik malzemelerdeki seçim 30’dan az malzemeyle sınırlıdır, bu nedenle tüm gereksinimler karşılanamaz.

Doğru elemanlar, çok çeşitli malzeme özellikleri sağlar

Malzeme yelpazesi, örneğin karbon, krom, nikel, molibden ve titanyum karbür içeren ve içermeyen demir bazlı tozlardan oluşan “LPBF toz grubu” kullanılarak özellikle genişletilebilir. Sıkça talep edilen malzeme özellikleri arasında örneğin aşınma direnci, mukavemet, sertlik ve termal iletkenlik bulunur.

Birçok alaşımlı çelik, karbon, krom ve nikel ile aynı elementlerden oluşur, ancak her birinin oranları farklıdır. Geliştirilen süreç, malzemenin özel gereksinim profiline dayalı olarak alaşım bileşiminin seçilmesini, termodinamik simülasyon yöntemleri kullanılarak toz bileşiminin belirlenmesini ve uyarlanmış karıştırma ve homojenleştirme işlemleri kullanılarak tozun hazırlanmasını içermektedir.

Optimum proses parametreleri daha sonra belirlenir ve malzeme, mikro yapı karakterizasyonu ve mekanik özellikler testi ile kalifiye edilir. Toz karıştırıldıktan sonra, sonraki lazer ışını eritme işlemi ile alaşım oluşturulur. Lazer enerjisi, toz metal parçacıklarını istenen alaşıma eritir. Sürecin sonunda, atanan malzemenin özelliklerine sahip son bileşen bulunur.

3D baskı için yeni geliştirilen korozyon önleyici alet ve dubleks çelik test ediliyor

Proje kapsamında betonun ilk uygulaması, özel olarak modifiye edilmiş özellik profilleri için özel korozyona dayanıklı paslanmaz çeliklerin LPBF Toz Serisinde karıştırılarak üretimi olmuştur.

Geliştirme çalışmaları sırasında, iyi bir korozyona dayanıklı alaşım oluşumunu destekleyen faktörler belirlendi ve alaşımın kalitesi uygulamaya yönelik bir şekilde test edildi. Sonuç olarak, LPBF işleminde yapılan aşınmaya dayanıklı takım ve dubleks çeliklerin, ilgili baz tozdan daha dayanıklı olduğu gösterilmiş ve istenen hedef özelliklere ulaşılmıştır.

Diğer bir avantaj, uyarlanmış lazer parametreleri aracılığıyla mikro yapıyı değiştirme imkanı ile sunulmaktadır. Bir örnek, takım çeliği gövdesindeki farklı boyutlardaki karbürlerdir. Uygulamaya bağlı olarak, farklı boyutlar gereklidir. Yükseltilmiş toz yapı kiti ile çeşitlendirilebilir ve homojen bileşenlere verimli bir şekilde işlenebilir. Bu alt projenin sonuçları talep üzerine sunulabilir.

Tedarik darboğazlarından kaçının – üretimi kilitleyin

Çok esnek olması gereken ve farklı müşterilere farklı ihtiyaç profilleri sunan şirketler, araştırma projesinden özellikle faydalanacaktır. Bunların arasında, çoğu küçük ve orta ölçekli işletmeler olan üretim hizmeti sağlayıcıları bulunmaktadır.

Mineral tozların üretilmesi genellikle dört hafta sürer. Üretici, farklı malzemeleri küçük miktarlarda kaplamak isterse, bekleme süreleri muazzam bir şekilde artar. Temel malzemeler satın alındıktan sonra, LPBF Toz Kiti, gerekli malzemeleri karakterize etmek ve olası tedarik darboğazları durumunda üretimi sağlamak için kullanılabilir.

Sonraki geliştirme adımları, belirli bir ürünü geliştirmek için toz karışımının otomatik olarak hesaplanması ve ayarlanmasıdır.