قام الطلاب في ETH Zurich بتطوير آلة دمج سرير مسحوق الليزر تتبع مسارًا للأداة الدائرية لطباعة مكونات مستديرة ، مما يتيح معالجة المعادن المتعددة في وقت واحد. يقلل النظام بشكل كبير من وقت التصنيع ويفتح إمكانيات جديدة للفضاء والصناعة. قدمت ETH طلب براءة اختراع للجهاز ، ويتم نشر النتائج فيحوليات CIRP.
اليوم ، تعتمد جميع محركات الصواريخ الحديثة تقريبًا على الطباعة ثلاثية الأبعاد لزيادة أدائها إلى أقصى حد من خلال اقتران ضيق بين الهيكل والوظيفة. قام الطلاب في ETH Zurich الآن ببناء طابعة Material - Multi - طابعة معدنية مواد: آلة دمج مسحوق الليزر التي تدور في ترسب المسحوق وفتحات تدفق الغاز أثناء المطبوعات ، مما يعني أنه يمكن أن يعالج عدة معادن في وقت واحد وبدون عملية ميتة. يمكن للجهاز تغيير الطباعة ثلاثية الأبعاد للأجزاء المعدنية ثلاثية الأبعاد ، مما يؤدي إلى انخفاض كبير في وقت الإنتاج والتكلفة.
طور فريق من طلاب البكالوريوس الستة في الفصلين الخامس والسادس الجهاز الجديد في مختبر التصنيع المتقدم تحت إشراف البروفيسور ماركوس بامباش وكبير العلماء مايكل تاكر كجزء من مشروع Focus Project. في غضون تسعة أشهر فقط ، أدرك الطلاب وفكرتهم واختبارهم. تهدف الآلة بشكل خاص إلى التطبيقات في الفضاء الجوي الذي يضم هندسة أسطوانية تقريبًا ، مثل فوهات الصواريخ وبين التوربينات ، ولكنها ذات أهمية واسعة للهندسة الميكانيكية.
توفير الوصول إلى التكنولوجيا المتقدمة
يوضح المشروع Lead Tucker أن المشروع جاء من تحدٍ محدد للغاية: تطوير BI - السائل - تغذي فوهات الصواريخ لـ ARIs ، مبادرة الفضاء الأكاديمية السويسرية ، التي تبني صواريخها الخاصة مع رؤى الوصول إلى الفضاء. في غضون السنوات القليلة المقبلة ، تهدف ARIS إلى الوصول إلى خط Kármán - الحدود المعترف بها دوليًا للمساحة التي تم تعيينها على ارتفاع 100 كيلومتر ، حيث يكون الجو رفيعًا جدًا لدعم الطيران عن طريق الطائرات دون دفع خاص.
من أجل تحمل الحرارة الشديدة والضغط على الإطلاق الممتد ، يجب أن تكون فوهات الصواريخ مصنوعة بشكل مثالي من المعادن المتعددة. على سبيل المثال ، يمكن صنع الداخلية الخاصة بهم من الحرارة - إجراء النحاس مع قنوات تبريد متكاملة وخارجها من سبائك النيكل- المقاومة. يقول Tucker: "بالنسبة للاعبين الصغار مثل فريق الصواريخ الطلابي لدينا ، فإن هذا النوع من تقنية المواد المتعددة- أصبحت معقدة للغاية ومكلفة للغاية ، مما يضعها في متناول اليد".
الطباعة ثلاثية الأبعاد الدورانية
قلب الجهاز الجديد عبارة عن منصة دوارة تتيح عملية طباعة السرعة عالية-. على عكس آلات دمج سرير مسحوق المسحوق المستقيم التقليدي ، حيث يجب تطبيق طبقة جديدة من المسحوق بعد ذوبان كل طبقة ، تعمل آلة نشوة الطرب غير - بفضل نظامها الأساسي الدوار. هذا يعني أن المسحوق يتم تطبيقه ودمجه بواسطة الليزر في وقت واحد ، مما يعزز بشكل كبير الإنتاجية. هذا يقلل من وقت التصنيع للمكونات الأسطوانية بأكثر من ثلثي.
يقول تاكر: "هذه العملية مناسبة بشكل مثالي لفوهات الصواريخ والمحركات الدوارة والعديد من المكونات الأخرى في صناعة الطيران". ويضيف: "عادة ما يكون لديهم قطر كبير ولكن جدران رقيقة جدا". في حين أن الجهاز قادر أيضًا على إنتاج محور غير متماثل أو حتى صفائف من الأجزاء ، فإن طريقة الدوران فعالة بشكل خاص لإنتاج هذه الهندسة على وجه التحديد.
طباعة اثنين من المعادن في وقت واحد
يمكن للآلة الدوارة معالجة اثنين من المعادن المختلفة في عملية واحدة. تتطلب الأنظمة التقليدية عدة خطوات وكمية أكبر من مسحوق المعادن. نظرًا لأن الفصل واستعادة المسحوق المختلط لا يزال يمثل تحديًا مفتوحًا ، فإن الكثير من هذا المسحوق يصبح مضيعة. تودع الطريقة الجديدة فقط المادة حيث تكون هناك حاجة إليها بالفعل داخل المكون ، وبالتالي تقليل النفايات.
تتميز الجهاز بآلية تهب الغاز الخامل فوق المنطقة التي يتم فيها دمج المسحوق. هذا يمنع المكون من الأكسدة أثناء طباعته. يتم استخلاص المنتجات ، SOOT ، SPITTER وغيرها بواسطة المنتجات - بشكل منهجي عبر منفذ. يقول تاكر: "في البداية قللنا من مدى تأثير آلية تدفق الغاز على جودة المنتج". "الآن نعلم أنه أمر بالغ الأهمية." بفضل الهندسة المعمارية الدوارة للآلة المطورة حديثًا ، يمكن التحكم في ظروف تدفق الغاز المحلية بإحكام أكثر بكثير من الآلة التقليدية.
مخصص بدلاً من المكونات القياسية
واجه الطلاب عددًا من التحديات الفنية عند تطوير آلة دمج سرير مسحوق الليزر الجديدة ، والتي تضمنت أحدها مزامنة ليزر المسح مع دوران مدخل الغاز وإمدادات المسحوق. بالإضافة إلى ذلك ، نظرًا لأن العديد من الأجزاء المطلوبة للآلة غير متوفرة تجاريًا ، فقد صمم الفريق خاص به. وتشمل هذه الاتصال القابل للدوران لمدخل الغاز ونظام يعيد تعبئة المسحوق تلقائيًا أثناء التشغيل.
ومع ذلك ، تمكن فريق الطلاب من بناء آلة تبدو جاهزة للتطبيق الصناعي تقريبًا. بالنسبة إلى Tucker ، كان هذا أحد أبرز أبرز مشروع التركيز: "حقيقة أن فريق من الطلاب طور وبناء آلة تعمل في تسعة أشهر أمر رائع للغاية."
إمكانية التنقل ، E -
بالإضافة إلى تطبيقات ملموسة لـ ARIs ولصناعة الطيران بشكل عام ، يرى الفريق تطبيقات محتملة في قطاعات أخرى ، كما هو الحال في التوربينات الطائرات والتوربينات الغازية ، والمحركات الكهربائية حيث تكون هندسة- هي القاعدة. بسبب حداثة وإمكاناتها التجارية الهائلة ، تم تقديم تطبيق براءة اختراع من قبل ETH الذي يغطي تقنية Rotary Multi - المواد التي تم ترشيحها منذ ذلك الحين لجائزة ETH Spark.
المكونات المصنعة حتى الآن مع النموذج الأولي لها قطر يصل إلى 20 سم. يبحث فريق البحث الآن في توسيع نطاق العملية إلى سرعات أعلى وأقطار أكبر ، وهم يبحثون حاليًا عن شركاء في الصناعة للتعاون معهم لمواصلة تطوير ونشر هذه التكنولوجيا الثورية.
