Siswa di ETH Zurich telah mengembangkan mesin fusi bedeng laser yang mengikuti jalur alat melingkar untuk mencetak komponen bundar, yang memungkinkan pemrosesan beberapa logam sekaligus. Sistem ini secara signifikan mengurangi waktu manufaktur dan membuka kemungkinan baru untuk kedirgantaraan dan industri. ETH telah mengajukan aplikasi paten untuk mesin, dan hasilnya diterbitkan diAnnals CIRP.
Saat ini, hampir semua mesin roket modern bergantung pada pencetakan 3D untuk memaksimalkan kinerja mereka dengan kopling ketat antara struktur dan fungsi. Siswa di ETH Zurich kini telah membangun - speed multi - {{2 {2} tinggi: mesin fusi bedeng laser yang memutar deposisi bubuk dan nozel aliran gas saat dicetak, yang berarti dapat memproses beberapa logam secara bersamaan dan tanpa memproses waktu mati. Mesin dapat secara fundamental dapat mengubah pencetakan 3D bagian logam, menghasilkan pengurangan yang signifikan dalam waktu dan biaya produksi.
Tim dari enam siswa Sarjana di semester kelima dan keenam mereka mengembangkan mesin baru di laboratorium manufaktur canggih di bawah bimbingan Profesor ETH Markus Bambach dan ilmuwan senior Michael Tucker sebagai bagian dari pengangkatan proyek fokus. Hanya dalam sembilan bulan, para siswa menyadari, membangun dan menguji ide mereka. Mesin ini sangat ditujukan untuk aplikasi dalam kedirgantaraan yang menampilkan geometri silindris yang kira -kira, seperti nozel roket dan turbomachinery, tetapi juga menarik bagi rekayasa mesin.
Memberikan akses ke teknologi canggih
Project Lead Tucker menjelaskan bahwa proyek muncul dari tantangan yang sangat spesifik: Mengembangkan bi - cair - nozel roket berbahan bakar untuk Aris, inisiatif ruang angkasa akademik Swiss, yaitu membangun roketnya sendiri dengan visi menjangkau ke luar angkasa. Dalam beberapa tahun ke depan, ARIS bertujuan untuk mencapai garis Kármán - batas ruang yang diakui secara internasional yang ditetapkan pada ketinggian 100 kilometer, di luar suasana terlalu tipis untuk mendukung penerbangan oleh pesawat tanpa penggerak khusus.
Untuk menahan panas dan tekanan yang intens selama peluncuran yang diperpanjang, nozel roket idealnya harus terbuat dari beberapa logam. Misalnya, interiornya dapat dibuat dari panas - melakukan tembaga dengan saluran pendingin terintegrasi dan eksterior panasnya - paduan nikel yang resisten. "Untuk pemain kecil seperti tim roket siswa kami, jenis multi -- material ini sampai sekarang terlalu kompleks dan terlalu mahal, menempatkannya di luar jangkauan," kata Tucker.
Pencetakan 3D rotasi
Jantung mesin baru adalah platform berputar yang memungkinkan proses pencetakan kecepatan - yang tinggi. Tidak seperti mesin fusi laser bubuk bubuk konvensional, di mana lapisan bubuk baru harus diterapkan setelah setiap lapisan dilelehkan, mesin pengangkatan berfungsi non - berhenti berkat platform berputar. Ini berarti bahwa bubuk diterapkan dan digabungkan oleh laser secara bersamaan, yang secara signifikan meningkatkan produktivitas. Ini mengurangi waktu pembuatan untuk komponen silindris lebih dari dua pertiga.
"Proses ini sangat cocok untuk nozel roket, mesin berputar dan banyak komponen lain di industri kedirgantaraan," kata Tucker. "Mereka biasanya memiliki diameter besar tetapi dinding yang sangat tipis," tambahnya. Sementara mesin juga mampu menghasilkan non - axisymmetric atau bahkan array bagian, metode rotating sangat efektif untuk memproduksi geometri ini secara tepat.
Mencetak dua logam secara bersamaan
Mesin putar dapat memproses dua logam yang berbeda dalam satu operasi. Sistem konvensional membutuhkan beberapa langkah dan jumlah bubuk logam yang jauh lebih besar. Karena pemisahan dan pemulihan bubuk campuran tetap menjadi tantangan terbuka, hari ini banyak bubuk ini menjadi limbah. Metode baru hanya menyimpan bahan di mana sebenarnya diperlukan dalam komponen, sehingga mengurangi limbah.
Mesin ini memiliki mekanisme yang meniup gas inert di atas area di mana bubuk menyatu. Ini mencegah komponen dari pengoksidasi saat sedang dicetak. Jelaga, percikan dan lainnya oleh produk - diekstraksi secara sistematis melalui outlet. "Awalnya kami meremehkan sejauh mana mekanisme aliran gas mempengaruhi kualitas produk," kata Tucker. "Sekarang kita tahu itu sangat penting." Berkat arsitektur yang berputar dari mesin yang baru dikembangkan, kondisi aliran gas lokal dapat dikontrol lebih erat daripada dengan mesin konvensional.
Disesuaikan daripada komponen standar
Para siswa menghadapi sejumlah tantangan teknis ketika mengembangkan mesin fusi bubuk laser novel, salah satunya melibatkan sinkronisasi laser pemindaian dengan rotasi saluran masuk gas dan pasokan bubuk. Selain itu, karena banyak bagian yang dibutuhkan untuk mesin tidak tersedia secara komersial, tim merancang sendiri. Ini termasuk koneksi yang dapat diputar untuk saluran masuk gas dan sistem yang secara otomatis mengisi ulang bubuk selama operasi.
Meskipun demikian, tim siswa telah berhasil membangun mesin yang hampir terlihat siap untuk aplikasi industri. Bagi Tucker, ini adalah salah satu yang menarik dari proyek fokus: "Fakta bahwa tim siswa mengembangkan dan membangun mesin yang berfungsi dalam sembilan bulan cukup luar biasa."
Potensi untuk Aerospace, E - mobilitas dan banyak lagi
Selain aplikasi konkret untuk ARIS dan untuk industri kedirgantaraan secara umum, tim melihat aplikasi potensial di sektor lain, seperti di turbin pesawat dan gas, dan untuk motor listrik di mana cincin - geometri berbentuk adalah norma. Karena potensi komersialnya yang baru dan luar biasa, aplikasi paten diajukan oleh ETH yang mencakup rotary multi - material laser bubuk bed fusion Technology, yang sejak itu telah dinominasikan untuk ETH Spark Award.
Komponen yang diproduksi sejauh ini dengan prototipe memiliki diameter hingga 20 sentimeter. Tim peneliti sekarang mencari penskalaan proses ke kecepatan yang lebih tinggi dan diameter yang lebih besar, dan mereka saat ini mencari mitra industri untuk berkolaborasi dengan mereka untuk lebih mengembangkan dan menggunakan teknologi revolusioner ini.
