Какви предимства за развитието на материали носи добавъчното производство?

Скорошните напредъци в технологиите и материалознанието са отворили нови възможности, като адитивното производство набира популярност всеки ден. Пример за това е Enigma-DED ( https://www.enigma-ded.com/), водеща компания в областта на напредналите технологии за адитивно производство. Тя използва метода DED (Directed Energy Deposition Method) и разпространява приложението му в индустрията за адитивно производство. Революцията, която 3D принтерите внасят в материалознанието, подпомага повърхностната модификация на механичните свойства на материалите и дава възможност на учени да променят свойствата, състава и приложенията на различни материали. Технологиите за адитивно производство, използвани за модифициране и разработване на нови материали, се развиват изключително бързо. Новите материали имат неограничен потенциал за приложение в различни индустрии.

Безпрецедентни възможности за модифициране на материали.

Адитивното производство има заслужена репутация като една от най-иновативните и напреднали технологиите, предимно поради изключителната си способност и потенциал да революционизира създаването на нови материали. Областта на материалознанието дълги години е била ограничена в създаването, изследването и модифицирането на нови материали поради липсата на подходящи средства за тяхното използване. Традиционното производство години наред е използвало хомогенен подход към материалите. Този подход затрудняваше смесването на материали в рамките на традиционното производство. Стратегиите на новия подход, прилаган в традиционното материалознание, революционизираха областта и отвориха нови възможности в нея.

Днес продължават да се правят подобрения и промени в областта на адитивното производство. Един важен предимство на адитивното производство е начинът, по който то обработва сложни и плътни разположения на различни метали и опростява производствения процес. Освен това хибридизирането на метали отваря вратите за иновативно проектиране на инженерни материали.

Вземете за пример Enigma-DED като технология за адитивно производство; тя е в състояние да произвежда нови инженерни материали, наречени „функционално градиентни материали“, които се предлагат като единични части. Възможно е да се постигнат различни степени – по градиентен начин – на важни структурни и функционални свойства, като твърдост, термостойкост и топлинна и/или електрическа проводимост. Например средната част може да има керамично ядро с висока термостойкост и гъвкав метален външен слой. Този персонализиран подход към проектирането отговаря на изключително строги и специализирани инженерни изисквания, като тези в аерокосмическата промишленост и медицинските устройства, особено когато става дума за леки, издръжливи и биосъвместими метали. Адитивното производство ни позволява да излезем от ограниченията на традиционните производствени процеси и материали.

Процесите на проектиране и итеративно подобряване, свързани с разработката на нов инженерен материал, често са сложни и изтощителни. Обикновено те включват дълги цикли на продуктова инженерия, натоварени с времеви загуби и трудоемки етапи. Адитивното производство елиминира тези времеви загуби и трудоемки етапи чрез бързо прототипиране и тестване по заявка, което прави работния процес изключително продуктивен.

В Enigma-DED използваме адитивно производство, за да тестваме производителността на нови метали или керамични материали само за дни вместо седмици, и го правим в малки производствени серии. Тестваме производителността на материалите по отношение на якост, корозионна устойчивост и термична стабилност. Освен това можем бързо да моделираме и произвеждаме материали с променени състави.

Тази възможност за бързо итериране помага да се идентифицират проектирани дефекти на ранен етап и да се включат ефективни модификации. С помощта на напреднали технологии за 3D печат, като DED на Enigma-DED, времето, необходимо за пълен цикъл от разработване на даден материал, значително се намалява. Отхвърлените прототипи водят до загуба на суровини, но това се минимизира чрез 3D печат, който също намалява общата стойност на цикъла за разработване на материала.

Добавъчното производство повишава производителността на материалите чрез контрол върху тяхната вътрешна структура

Производителността на един материал е резултат от комбинация от фактори: неговите свойства, неговата структура и архитектурата на тази структура в микроскопичен и кристално-решетъчен мащаб. Знаяйки това, в Enigma-DED използваме 3D печат за проектиране и производство на метални 3D принтери, които крайният потребител може да управлява, за да получава материали. Благодарение на този контрол можем да създаваме сложни и изискани микроструктури със свързани зърна, които увеличават якостта с 30 % спрямо метали, изработени по по-традиционни методи.

Един от основните предимства на адитивното производство е възможността да се контролира порестостта на металните структури. Например адитивното производство може да произвежда силни и леки метали с микроскопични, равномерно разпределени пори – характеристика, която е желана в автомобилната и аерокосмическата промишленост. В същото време металните структури могат да бъдат проектирани и като напълно плътни, което е полезно за медицински импланти и аерокосмически компоненти, които трябва да бъдат напълно герметични. Този контрол върху порестостта подобрява работните характеристики и функционалността на материала. Леки, силни и устойчиви структури, произведени за клиентите на Enigma-DED, демонстрират тези предимства.

Повече пластмасови отпадъци се избягват чрез Enigma-DED

Enigma-DED използва адитивно производство, което намалява отпадъците. При традиционното производство материалът се губи на всеки етап от процеса. Отпадъците от материали при Enigma-DED увеличават разходите.

В сравнение с другите видове изпитвания на материали изпитванията с Enigma-DED имат процент отпадъци по-нисък от 5 %. При другите методи за изпитване процентът отпадъци е 50 % или повече. Традиционните методи губят много материал, особено скъпи елементи като титанови сплави и напреднали керамични материали. Методът Enigma-DED спестява пари и други ресурси, като отхвърля изпитателните проби след извършването на изпитванията.

Освен това преходът от прототипиране на нови метали или керамики към масово производство чрез адитивно производство е по-плавен. Използването на материали е последователно и еднородно. Няма нужда да се преувеличават материалните потребности, за да се компенсират неефективностите. Например, при производството на нови титанови сплави за аерокосмически компоненти няма нужда от процес на адитивно производство за подрязване на материала. Това помага за запазване на разработката на нови материали и намалява общите разходи за изследователите.

През годините обхватът на специализираните приложения за материали се е разширил

Суперсплавовете, метали и крехките керамики са напреднали материали. От дълго време насам специализираните приложения с напреднали материали трябваше да се обработват по традиционния начин. Адитивното производство сега променя начина, по който хората обработват напредналите материали.

Enigma-DED използва адитивно производство за обработка на крехки керамики – материали, които обикновено се пукат по време на стандартни процеси на обработка. Чрез оптимален контрол на температурата, печатане по слоеве и механизми за предотвратяване на пукнатини адитивното производство решава този проблем и крехките керамики вече могат да се използват.

Освен това адитивното производство позволява също така проектирането и производството на радиационноустойчиви метали за ядрената индустрия и топлоустойчиви суперсплави за аерокосмическата индустрия. В ядрената индустрия се изисква металите да издържат продължително време на силна радиация, а суперсплавите, използвани в аерокосмическата индустрия, трябва да запазват структурната си цялост при работа при високи температури и да издържат екстремни атмосферни условия. Адитивното производство решава широк кръг проблеми при производството на специализирани материали и преодолява предизвикателства, съществуващи от дълго време в различни области като аерокосмическата и производството на медицински устройства.