Selektywne topienie laserowe stopów aluminium
Selektywne topienie laserowe to proces wytwarzania skomplikowanych części z luźnego proszku i może zapewnić znaczące oszczędności w zakresie materiałów, energii i czasu. Obecnie proces ten jest powszechnie stosowany w inżynierii stopów tytanu, stopów stali nierdzewnej i stopów na bazie niklu. Celem finansowanego ze środków UE projektu HI-STA-PART (High strength aluminium alloy parts by selective laser melting) było wykazanie, że proces ten jest odpowiedni do wytwarzania części ze stopów aluminium spełniających wymogi przemysłu lotniczego. Selektywne topienie laserowe stopów aluminium nie jest tak proste, jak w przypadku innych materiałów ze względu na połączenie ich właściwości fizycznych. Aluminium charakteryzuje się niską absorpcją promieniowania podczerwonego i wysoką przewodnością cieplną, których połączenie prowadzi do stosunkowo dużej porowatości części. Aby rozwiązać ten problem, inżynierowie wykorzystują lasery o wysokiej mocy oraz przeprowadzają wiele skanów na pojedynczej warstwie w celu usunięcia wad. Zespół projektu HI-STA-PART skupiał się na nowym stopie o nazwie Scalmalloy®, który charakteryzuje się wysoką wytrzymałością i podatnością na spawanie. Ten drugiej generacji stop aluminium, magnezu i skandu opracowano poza projektem w celu wytwarzania części samolotów z aluminium. Naukowcy przeanalizowali rozkład wielkości cząstek proszku stopu Scalmalloy® i odkryli, że spełnia on wymogi selektywnego topienia laserowego. Ponadto oszacowali, że poziom jego gęstości nasypowej wynosi około 51-52%, czyli jest bardzo zbliżony do innych rodzajów proszku stosowanych dotychczas. Dodatkowo zbadali sypkość proszku w różnych systemach selektywnego topienia laserowego. Wyniki potwierdziły, że może on być przetwarzany za pomocą lasera, w związku z czym wykorzystano go do wytwarzania elementów demonstracyjnych. Jednym z nich była piasta blokująca mechanizmu otwierania drzwi, drugim zaś łącznik narożny do stosowania w samolotach. Po wytworzeniu elementów demonstracyjnych naukowcy zbadali ewentualne odchylenia od modelu zaprojektowanego przy wykorzystaniu technik komputerowych; nie przekraczały one ± 0,250 mm. Ta stosunkowo niewielka wartość sugeruje, że konieczny jest końcowy etap obróbki w celu zapewnienia optymalnej wydajności części. Próbki wytworzone w ramach projektu HI-STA-PART zbadano również pod kątem zmęczenia i twardości. Pomimo miejscowej korozji zaobserwowanej na powierzchni i jego względnej miękkości w porównaniu do innych stopów aluminiowych stop Scalmalloy® okazał się odpowiednim materiałem na części samolotów. Co ważne, podczas selektywnego topienia laserowego stopu Scalmalloy® wytwarzanych jest mniej odpadów niż w przypadku tradycyjnych procesów produkcyjnych, takich jak frezowanie, toczenie i szlifowanie. Zespół projektu HI-STA-PART wykazał, że oprócz zmniejszonego wpływu na środowisko, ten bezpośredni proces produkcyjny zapewnia wiele korzyści, które mogą pomóc europejskiemu przemysłowi lotniczemu w utrzymaniu przewagi konkurencyjnej.
Słowa kluczowe
Selektywne topienie laserowe, stopy aluminium, HI-STA-PART, Scalmalloy, elementy samolotów
