Os alunos da ETH Zurique desenvolveram uma máquina de fusão de leito a laser que segue um caminho de ferramenta circular para imprimir componentes redondos, o que permite o processamento de vários metais de uma só vez. O sistema reduz significativamente o tempo de fabricação e abre novas possibilidades para aeroespacial e indústria. A ETH apresentou um pedido de patente para a máquina e os resultados são publicados noAnais CIRP.
Hoje, praticamente todos os motores de foguetes modernos dependem da impressão 3D para maximizar seu desempenho com o acoplamento apertado entre estrutura e função. Os alunos da ETH Zurique agora construíram um alto - velocidade multi - impressora metálica de material: uma máquina de fusão de leito a laser que gira a deposição de pó e os bocais de fluxo de gás enquanto imprimem, o que significa que pode processar vários metais simultaneamente e sem tempo de processo. A máquina pode alterar fundamentalmente a impressão 3D de peças de metal, resultando em reduções significativas no tempo e custo de produção.
A equipe dos seis alunos de Bachelor nos seus quinto e sexto semestres desenvolveu a nova máquina no Laboratório de Manufatura Avançado sob a orientação do professor ETH Markus Bambach e do cientista sênior Michael Tucker como parte do Focus Project Rapture. Em apenas nove meses, os alunos perceberam, construíram e testaram sua idéia. A máquina visa particularmente aplicações no aeroespacial, com geometrias aproximadamente cilíndricas, como bicos de foguetes e turbomáquinas, mas também é de amplo interesse para a engenharia mecânica.
Fornecendo acesso a tecnologia avançada
O líder do Project Tucker explica que o projeto surgiu de um desafio muito específico: o desenvolvimento de bi - líquido - alimentou os bicos de foguetes para Aris, a iniciativa do espaço acadêmico suíço, que está construindo seus próprios foguetes com visões de chegar ao espaço. Nos próximos anos, Aris pretende atingir a linha Kármán - O limite do espaço reconhecido internacionalmente a uma altitude de 100 quilômetros, além do qual a atmosfera é muito fina para apoiar o vôo por aeronaves sem propulsão especial.
Para suportar o intenso calor e pressão sobre um lançamento prolongado, os bicos de foguetes devem ser feitos idealmente de vários metais. Por exemplo, seu interior pode ser feito de calor - conduzindo cobre com canais de resfriamento integrados e seu exterior de um calor - liga de níquel resistente. "Para jogadores pequenos como a nossa equipe de foguetes de estudantes, esse tipo de tecnologia de material multi - tem até agora complexa e muito cara, colocando -a fora de alcance", diz Tucker.
Impressão 3D rotacional
O coração da nova máquina é uma plataforma rotativa que permite um processo de impressão de velocidade - alto. Ao contrário das máquinas convencionais de fusão de leito a laser retilíneo, onde uma nova camada de pó deve ser aplicada após a derretimento de cada camada, a máquina de arrebatamento funciona não - parada graças à sua plataforma rotativa. Isso significa que o pó é aplicado e fundido pelo laser simultaneamente, o que aumenta significativamente a produtividade. Isso reduz o tempo de fabricação para os componentes cilíndricos em mais de dois terços.
"Esse processo é ideal para os bicos de foguetes, motores rotativos e muitos outros componentes da indústria aeroespacial", diz Tucker. "Eles normalmente têm um diâmetro grande, mas paredes muito finas", acrescenta ele. Embora a máquina também seja capaz de produzir não -} axissimétrico ou mesmo matrizes de peças, o método rotativo é particularmente eficaz para produzir com precisão essa geometria.
Imprimindo dois metais simultaneamente
A máquina rotativa pode processar dois metais diferentes em uma única operação. Os sistemas convencionais requerem várias etapas e uma quantidade muito maior de pó de metal. Como a separação e a recuperação do pó misto continua sendo um desafio aberto, hoje grande parte desse pó se torna desperdiçado. O novo método deposita apenas o material onde é realmente necessário dentro do componente, reduzindo assim o desperdício.
A máquina apresenta um mecanismo que sopra gás inerte sobre a área onde o pó é fundido. Isso impede que o componente oxidante enquanto está sendo impresso. Fuligem, respingos e outros por - Os produtos são sistematicamente extraídos por meio de uma tomada. "A princípio, subestimamos até que ponto o mecanismo de fluxo de gás afeta a qualidade do produto", diz Tucker. "Agora sabemos que é crucial." Graças à arquitetura rotativa da máquina recém -desenvolvida, as condições locais de fluxo de gás podem ser controladas com muito mais força do que com uma máquina convencional.
Componentes personalizados em vez de padrão
Os alunos enfrentaram uma série de desafios técnicos ao desenvolver a nova máquina de fusão a laser em pó, uma das quais envolveu a sincronização do laser de varredura com a rotação da entrada de gás e o suprimento de pó. Além disso, como muitas das peças necessárias para a máquina não estão disponíveis comercialmente, a equipe projetou a sua. Isso inclui uma conexão rotativa para a entrada de gás e um sistema que reabastece automaticamente o pó durante a operação.
No entanto, a equipe de estudantes conseguiu construir uma máquina que quase parece pronta para aplicação industrial. Para Tucker, este foi um dos destaques do projeto de foco: "O fato de que uma equipe de estudantes desenvolveu e construiu uma máquina em funcionamento em nove meses é bastante notável".
Potencial para aeroespacial, e - mobilidade e mais
Além de aplicações de concreto para ARIS e para a indústria aeroespacial em geral, a equipe vê possíveis aplicações em outros setores, como em aeronaves e turbinas a gás, e para motores elétricos onde as geometrias em forma de anel -} são a norma. Devido à sua novidade e tremendo potencial comercial, um pedido de patente foi arquivado pela ETH cobrindo o Multi Rotário - Tecnologia de fusão a laser de laser de laser, que foi indicada ao prêmio Eth Spark.
Os componentes fabricados até agora com o protótipo têm um diâmetro de até 20 centímetros. A equipe de pesquisa agora está analisando o processo para velocidades mais altas e diâmetros maiores, e atualmente está procurando parceiros do setor para colaborar com eles para desenvolver e implantar ainda mais essa tecnologia revolucionária.
