Sistemele de fabricaţie aditivă descoperă superaliaje

Tehnologii

de Institutul Fraunhofer

Sistemele de fabricaţie aditivă descoperă superaliaje

Oamenii de știință de la Institutul Fraunhofer pentru Tehnologia Materialelor și Tehnologia Fasciculelor IWS din Dresda au dezvoltat metode inovative care permit procesarea mai multor tipuri de materiale în fabricația aditivă. De exemplu, cu sistemele de fabricație aditivă ar putea fi produse în viitor motoare de aeronave mai bune cu un consum mai mic de carburant. Pentru aceasta, inginerii trebuie să îmbunătățească printerele industriale 3D din prezent, astfel încât aceste mașini să poată procesa aliaje extrem de rezistente la căldură și, evident, de înaltă rezistență.

Sudare de construcție cu laser din pulberi

  • Cu ajutorul sudării de construcție cu laser din pulberi, pot fi produse integral componente realizate din materiale diferite. Astfel, materialele specifice pot fi plasate exact acolo unde sunt necesare proprietățile lor. Aceasta oferă, de exemplu, perspectiva unor lame mai ușoare, mai bune și cu costuri mai reduse pentru turbinele de gaz. © Fraunhofer IWS, Dresden, Germany

Cercetătorii din Dresda se bazează pe experiența lor aprofundată în tehnologiile de construcție din pulberi prin sudare cu laser și folosesc inteligența artificială (IA). Aceștia contribuie cu cunoștințele lor privind materialele în proiectul comun Fraunhofer, „futureAM” (Fabricația Aditivă a viitorului). Scopul partenerilor este de a accelera de zece ori sistemele de fabricație aditivă pentru componentele metalice și, de asemenea, de a utiliza superaliaje.

Inginerii de la Fraunhofer IWS au perfecționat sudarea de construcție din pulberi cu fascicul laser, pentru a permite ca mai multe materiale să fie utilizate în fabricația aditivă. Prin această procedură, un sistem alimentează cu diverse pulberi de construcție zona de procesare. Acolo, laserul topește pulberea și o depune pe suprafața piesei. Ca rezultat, piesa dorită este generată strat cu strat. „Unul dintre avantajele acestei proceduri de fabricație aditivă este că putem adapta procesul foarte flexibil la cerințele materialelor de înaltă performanță”, explică administratorul de proiect al Fraunhofer IWS, Michael Müller. În acest fel, este, de asemenea, posibil, de exemplu, să se printeze aliaje pe bază de nichel care sunt greu de sudat și să se prelucreze folosind metode tradiționale. Cu toate acestea, tehnologia funcționează numai dacă temperatura, pulberile, viteza de alimentare și alți parametri sunt corect reglați.

„Trebuie să reglăm cu precizie toate șuruburile”, explică Michael Müller. „Doar în acest fel putem găsi rețeta potrivită.” În acest scop, în cadrul proiectului model Fraunhofer „futureAM - Next Generation Additive Manufacturing”, inginerii IWS înregistrează numeroase date de la senzori cu viteze de eșantionare foarte ridicate. Procedeul generează volume mari de date („big data”) dificil de înțeles de către oameni.

Inteligenţa Artificială (IA) învaţă să decidă

Experții Fraunhofer folosesc metode avansate de „inteligență artificială” (IA) și „învățare automată” (machine learning), care sunt, de asemenea, cercetate sub numele de „Big Data” în cadrul unui grup de lucru condus de Prof. Karol Kozak, liderul departamentului pentru Procesarea Imaginilor și Administrarea Datelor din cadrul Fraunhofer IWS, pentru a găsi conexiuni ascunse în aceste fluxuri de semnale.

Concluzii complexe legate de rezultatul sudării

  • Fraunhofer IWS Dresden a dezvoltat un proces și o bază de date care stochează toate detaliile componentelor produse. Această bază de date permite concluzii complexe legate de rezultatul sudării și datele deja obținute. © Fraunhofer IWS, Dresden, Germany

De exemplu, algoritmi de analiză speciali leagă valorile măsurate de către senzor de baza de date referitoare la pulberi a institutului și evaluează parametrii procesului ulterior. Treptat, mașinile învață să ia propriile decizii. De exemplu, pot determina pentru ele însele dacă o ușoară creștere a temperaturii în cadrul procesului de sudare poate fi tolerată sau dacă trebuie să ia imediat contramăsuri, înainte ca întreaga componentă să devină deșeu. „Industria caută materiale tot mai multe și mai diferite, care sunt destul de dificil de procesat”, subliniază Prof. Frank Brückner, Business Unit Manager Generation and Printing în cadrul Fraunhofer IWS.

Se întrevăd motoare mai bune pentru aeronave

Motoarele de aeronave menționate mai sus sunt exemple care ilustrează în mod precis această perspectivă: pot lucra mai eficient și la temperaturi înalte, pe când majoritatea materialelor cedează la circa 1200 grade. Desigur, există materiale care pot rezista la astfel de temperaturi, dar sunt foarte costisitoare și dificil de procesat prin folosirea metodelor tradiționale.

Fabricația aditivă este menită să rezolve această dilemă. Mai mult, ar putea ajuta la realizarea unei proiectări cu un cost mai eficient: „Prin utilizarea sudurii de construcție cu laser din pulberi, putem alimenta diferite pulberi în zona de proces în mod simultan sau succesiv cu viteze de alimentare cu reglare precisă”, explică Michael Müller. Proiectarea unei întregi componente dintr-un singur material nu este foarte eficientă, din moment ce componenta nu este expusă la aceeași căldură în toate punctele.

EDX-Mapping

  • EDX-Mapping: Analiza chimică a unei geometrii de testare demonstrează tranziția materialului. Culorile ilustrează tranziția continuă de la aliajul pe bază de cobalt Merl72 la superaliajul pe bază de nichel IN 718 (galben: cobalt, albastru: nichel, portocaliu: aluminu). © Fraunhofer IWS, Dresden, Germany

„Preferabil, materialele cu înaltă rezistență, costisitoare, trebuie utilizate doar acolo unde se încălzește foarte tare”, spune Michael Müller. „În alte zone, un material mai puțin costisitor va fi suficient.”

Tocmai aceasta se poate obține prin sistemele de fabricație aditivă – odată ce au fost învățate să proceseze superaliajele necesare. „Următorul pas este de a combina variate materiale de înaltă performanță în cadrul unei singure componente,” anunță Müller. În proiectul comun „futureAM”, IWS și alte cinci institute Fraunhofer comasează această tehnologie și experiența suplimentară pentru a ridica fabricația aditivă la un nou nivel. Până în vara lui 2020, vor să integreze toată experiența lor într-un lanț de proces de fabricație aditivă și să o demonstreze pe componente reale.

Informaţii de bază: Aceasta este „Fabricaţia aditivă”

Fabricația aditivă (AM) este privită ca o tehnologie-cheie pentru „Industry 4.0”. Este concepută să combine avantajele producției de masă și ale fabricării și chiar să genereze piese individuale („lot mărimea 1”) în mod economic la scară industrială. Mașinile AM pot crea, de asemenea, componente de complexitate ridicată care nu pot fi produse folosind frezele și strungurile convenționale. Aceste mașini folosesc principii similare celor utilizate de imprimantele 3D în scenele creative și DIY (Do It Youreself): componenta dorită este proiectată pe un calculator; ulterior, acest model este transferat în sistem, unde un modul de încălzire sau un laser încălzește materialul plastic. Cu acest material topit, sistemul generează piesa proiectată, strat cu strat. În comparație cu imprimantele 3D pentru utilizarea privată, sistemele AM sunt mult mai eficiente. Acestea pot, de exemplu, procesa metale și ceramică, precum și materiale plastice, de obicei folosesc tehnologia laser și lucrează cu precizie deosebită și cu modele CAD mai complexe.

„futureAM” duce fabricaţia aditivă la un nou nivel

În noiembrie 2017, proiectul model al Fraunhofer, „futureAM”, a fost lansat cu scopul de a accelera fabricația aditivă a componentelor metalice de cel puțin zece ori. Accentul este pus pe o viziune globală asupra valorii adăugate fizice și digitale de la comanda în curs până la componenta metalică 3D finită. Scopul central este saltul la o generație nouă a tehnologiei de fabricație aditivă. Cinci alte institute Fraunhofer participă la acest proiect sub conducerea Fraunhofer ILT: IWS, IWU, IAPT, IGD și IFAM. (www.futuream.fraunhofer.de/en)


Accept cookie

www.ttonline.ro utilizează fişiere de tip cookie pentru a personaliza și îmbunătăți experiența ta pe Website-ul nostru.

Te informăm că ne-am actualizat politicile pentru a integra în acestea și în activitatea curentă a www.ttonline.ro cele mai recente modificări propuse de Regulamentul (UE) 2016/679 privind protecția persoanelor fizice în ceea ce privește prelucrarea datelor cu caracter personal și privind libera
circulație a acestor date. Înainte de a continua navigarea pe Website-ul nostru, te rugăm să aloci timpul necesar pentru a citi și înțelege conținutul Politicii de Cookie.

Prin continuarea navigării pe Website-ul nostru confirmi acceptarea utilizării fişierelor de tip cookie conform Politicii de Cookie. Îți mulțumim pentru acest accept și nu uita totuși că poți modifica în orice moment setările acestor fişiere cookie urmând instrucțiunile din Politica de Cookie.