Przygotowanie technologii wytwarzania przyrostowego do ery podboju kosmosu
Przyrostowe wytwarzanie warstwowe to zapewniający oszczędność czasu i zasobów proces przemysłowy polegający na nakładaniu na siebie kolejnych warstw materiału w celu utworzenia elementu 3D. Wiele sektorów przemysłu, od branży kosmicznej po wytwórców form, uważa, że ta nowa technologia może przyczynić się m.in. do zmniejszenia ilości zużywanych surowców. Dzięki staraniom uczestników projektu 4M udało się znacznie uelastycznić ten proces. „Głównym celem projektu 4M było stworzenie unikalnego procesu przyrostowego wytwarzania warstwowego bazującego na proszkach metali” – mówi koordynator projektu, dr Erich Neubauer z RHP Technology, Austria. „Taki proszek, składający się z cząstek wielkości kilkudziesięciu mikrometrów, jest natryskiwany przez palnik plazmowy obsługiwany tak samo jak zwykły palnik spawalniczy”. Uzyskane wyniki są obecnie oceniane pod kątem wykonalności przez Europejską Agencję Kosmiczną, zaś zespół ma nadzieję, że proces okaże się odpowiedni do produkcji elementów turbin do elektrowni wodnych. Cyfrowe plasterkowanie Podczas gdy od strony sprzętowej od początku zakładano użycie palnika plazmowego, w przypadku strony programowej trzeba było wymyślić nowy system. Stworzone przez zespół oprogramowanie pobiera dane elektroniczne – np. filiżanki – i tworzy jej odwzorowanie 3D, a następnie stosuje algorytm plasterkowania. Każda warstwa filiżanki, cyfrowo „wycięta” przez oprogramowanie, jest przesyłana przez system 4M do urządzenia, w tym przypadku palnika, który tworzy rzeczywistą filiżankę 3D, topiąc metalowy proszek. Lekkie, elastyczne rozwiązania Jedną z cech stanowiących o innowacyjności systemu jest możliwość jednoczesnej pracy z kilkoma różnymi materiałami. Palnik plazmowy jest zasilany przez kilka dysz, przez które – jednocześnie lub w ustalonej kolejności – są podawane różne rodzaje materiałów bazowych. Po opracowaniu prototypowego palnika i systemu wytwarzania przyrostowego zespół zbadał kilka różnych systemów materiałowych. „Dzięki zastosowaniu tej koncepcji możemy produkować elementy wykonane z więcej niż jednego materiału” – twierdzi Neubauer. „Nasza przykładowa filiżanka może mieć dno z jednego materiału, zaś ścianki – z zupełnie innego”. To zwiększa funkcjonalność produkcji, co jest bardzo ważne w przypadku zastosowań takich jak urządzenia wysyłane na misje kosmiczne. „Do istniejącej konstrukcji możemy dodać lekki element, a następnie użyć innego materiału, aby zwiększyć jego twardość”. Nie da się ukryć, że chęć podboju kosmosu jest największą siłą napędową dla rozwoju tej technologii. Elementy urządzeń wysyłanych w kosmos muszą być małe i lekkie, co oznacza, że koncepcja wytwarzania przyrostowego, która może zmniejszyć koszty i skrócić czas realizacji projektu, jest dla sektora kosmicznego bardzo pociągająca. Rozpoczynanie produkcji niezbędnego elementu pracy od dużego bloku metalu oznacza konieczność usunięcia nadmiaru materiału, którego ilość może sięgać nawet 90%. Dzięki opracowanej przez zespół 4M koncepcji wytwarzania przyrostowego podczas produkcji zużywane jest tylko tyle proszku metalowego, ile jest niezbędne do wyprodukowania danego elementu, a ewentualne minimalne naddatki można łatwo usunąć w drodze obróbki maszynowej. Neubauer uważa, że teraz należy się skupić na dopracowaniu tej metody. „Od początku chcieliśmy stworzyć system, który będzie można wprowadzić na rynek. Jednak jak na razie nie jesteśmy na to gotowi” – dodaje. „Komercjalizacja wymaga jednak dużych nakładów finansowych. Zamiast tego chcemy założyć centrum produkcyjne wyposażone w te same urządzenia, na jakich pracowaliśmy podczas projektu. Dzięki temu będziemy mogli wytwarzać różne produkty i części na zamówienie”. Obecnie firma prowadzi negocjacje związane z budową tego zakładu produkcyjnego.
Słowa kluczowe
4M, wytwarzanie, przemysłowy, materiał, 3D, kosmos, forma, producenci, proszek metalowy, RHP, palnik plazmowy, Europejska Agencja Kosmiczna, hydroenergetyka
