LOADING

Type to search

Stiri Studiu de caz

Noile tehnici de imprimare 3D permit realizarea de structuri metalice complexe

Romulus Cristea mai 4, 2019
Share

ARUP, o companie de design, proiectare şi inginerie, care a devenit cunoscută încă de la mijlocul secolului trecut, după ce a proiectat structura Sydney Opera House, a anunţat că a pus la punct tehnica de proiectare şi imprimare 3D pentru oţel.

Metode inovative de modelare a metalului la temperatura ambiantă

Imprimarea 3D a devenit aproape banală, dacă ne referim la realizarea unor piese din material plastic destinate industriei auto sau chiar la aplicaţiile din industria alimentară. În ultimele luni, mai multe companii din întreaga lume au anunţat faptul că dispun de imprimante ultraspecializate care pot prelucra metale.

În prezent, cercetătorii de la Universitatea din Carolina de Nord au pus la punct o tehnologie de imprimare 3D cu ajutorul căreia se poate fabrica o întreagă gamă de structuri metalice.

Realizarea unor structuri metalice cu imprimante 3D nu e la fel de uşoară ca în cazul unor componente din material plastic. Tehnologia din domeniu începe însă să se dezvolte vertiginos, iar rezultatele nu se lasă aşteptate prea mult. NASA, agenţia reponsabilă cu programul spaţial public al Statelor Unite ale Americii și cu cercetarea aerospaţială civilă și militară pe termen lung, a dezvoltat deja o tehnologie care utilizează fuziunea selectivă cu laser pentru a produce piese metalice complexe, de tipul celor utilizate la motoarelor de rachetă. Metoda necesită însă deţinerea unui laser de înaltă energie.

Prelucrarea materiilor prime intră într-o nouă eră. Tehnologia pusă la punct de cercetătorii de la Universitatea din Carolina de Nord este mult mai versatilă şi mai puţin costisitoare decât cea dezvoltată la NASA, iar fabricarea structurilor metalice autoportante are la bază metode inovative de modelare a metalului lichid la temperatura mediului ambiant.

Profesor în inginerie chimică şi biomoleculară la Universitatea din Carolina de Nord, dr. Michael Dickey a explicat că este foarte dificil să creezi structuri stabile pornind de la substanţe lichide, acestea având, după cum se ştie, tendinţa accentuată de a se deforma.

„Noi am constatat pe durata experimentelor desfăşurate că un aliaj metalic lichid format din galiu şi indiu reacţionează la oxigenul din aer, la temperatura camerei, formând un gen de armură care permite structurii de metal lichid să-şi păstreze formele”, a declarat profesorul Michael Dickey.

Structuri metalice lichide mobile

Spre deosebire de metodele tradiţionale, care folosesc modelarea metalului în lungul unui plan sau pe un singur nivel, echipa de cercetători americani a ales să dezvolte mai multe tehnici care permit crearea de structuri metalice lichide mobile şi care pot fi modelate şi deplasate în sus şi în jos. Tehnica are deja aplicabilităţi deosebite în industria componentelor electrice realizate tridimensional.

O pojghiţă foarte subţire (de aproximativ un nanometru grosime, ceea ce corespunde unui fragment de metal care conţine circa patru atomi) de oxid de pasivizare se formează rapid pe suprafaţa metalului lichid şi stabilizează microstructurile chiar dacă au o vâscozitate scăzută şi reţine energia de suprafaţă a lichidului. Deoarece noua structură formată are interiorul lichid, aceasta tinde să fie casantă, dar în acelaşi timp poate fi manevrată.

Pasivizarea este procesul de oxidare forţată a metalelor prin intermediul unor procedee chimice. Stratul de oxid rezultat în urma pasivizării are câţiva microni grosime, suficienţi însă pentru a împiedica oxigenul din aer să intre în contact cu suprafaţa metalică.

Modelul „stivei de portocale de la supermarket”

Referitor la structurile realizate din indiu şi galiu, dr. Michael Dickey spune că „ele nu se prăbuşesc sub propria greutate, dar, lovite sau mişcate viguros, se rup”.

Soluţia adoptată pentru imprimantele 3D, pentru a putea realiza structuri metalice, a fost aceea de a „aşeza” picături de metal lichid, una peste alta, după modelul „unei stive de portocale dintr-un supermarket”, după cum spun cercetătorii. În acest mod, picăturile de metal îşi vor menţine forma pe măsură ce vor adera una la alta.

O altă metodă folosită de cercetători constă în injectarea metalului în forme de polimer. După injectare, matriţele pot fi dizolvate, la final rămânând forma metalului.

Specialiştii din construcţii spun că noile metode apărute în ultimul timp, de modelare a metalului prin imprimare 3D, vor reduce costurile, timpul de execuţie şi permit realizarea de forme la care nimeni nu s-ar fi gândit până în prezent.

Se spune despre imprimarea 3D că este tehnologia care va aduce o nouă revoluţie industrială. Deşi această tehnologie a apărut în anii ’80, fiind folosită iniţial de companiile cu bugete foarte mari, precum cele din industria aerospaţială, militară sau de echipele de Formula 1, în prezent ea s-a dezvoltat atât de mult, încât a ajuns să fie utilizată, la un anumit nivel, chiar şi în domeniul casnic. Imprimantele actuale permit utilizarea şi modelarea a peste 40 de materiale.

Imprimarea 3D (în engleză „3D printing”) este un proces de formare a unui obiect solid tridimensional de orice formă, realizat printr-un proces aditiv, în cazul în care straturi succesive de material sunt stabilite în diferite forme. Imprimarea 3D este, de asemenea, considerată distinctă de tehnicile de prelucrare tradiţionale, care se bazează în principal pe eliminarea materialelor prin metode cum ar fi tăiere sau foraj (procesele substractive).

O imprimantă 3D este un tip limitat de robot industrial, care este capabil să efectueze acest proces sub control computerizat.

Imprimarea 3D în oţel va revoluţiona domeniul construcţiilor

Se spune despre imprimarea 3D că este tehnologia care va aduce o nouă revoluţie industrială. Deşi această tehnologie a apărut în anii ‚80, fiind folosită iniţial de companiile cu bugete foarte mari, precum cele din industria aerospaţială, militară sau de echipele de Formula 1, în prezent ea s-a dezvoltat atât de mult, încât a ajuns să fie utilizată, la un anumit nivel, chiar şi în domeniul casnic. Imprimantele actuale permit utilizarea şi modelarea a peste 40 de materiale.

ARUP, o companie care a devenit cunoscută încă de la mijlocul secolului trecut după ce a proiectat structura Sydney Opera House, a anunţat că a pus la punct tehnica de proiectare şi imprimare 3D pentru oţel. Pentru aceasta s-a folosit topirea selectivă cu laser (sinterizarea cu laser). Specialiştii de la ARUP au conlucrat la dezvoltarea tehnologiei cu alte firme de software, cu experţi în printing 3D şi consultanţi din diverse industrii conexe. Cercetarea s-a axat însă pe tehnologia EOS deja existentă a sinterizării cu laser. Tehnologia utilizată pentru realizarea de structuri metalice constă în încălzirea şi topirea progresivă a unor straturi de pulberi de oţel. Stratificarea acestora se poate face extrem de precis, piesele rezultate având un grad de finisaj ridicat. Îmbinările care se pot realiza sunt deosebit de complexe şi foarte bine realizate. Oficialii companiei ARUP consideră că aplicaţiile în domeniul construcţiilor sunt nenumărate, iar utilizarea noii tehnologii va reduce extrem de mult costurile, dar va avea implicaţii deosebite şi în reducerea poluării, în general.

Cum este modelat metalul cu un fascicul de electroni

Suedezii de la compania Arcam au inventat şi ei o imprimantă care poate modela metale. Un fascicul dirijat de electroni topeşte pudra metalică şi o modelează în orice formă posibilă. Aşa funcţionează imprimanta 3D a firmei suedeze, o companie a cărei valoare de piaţă a crescut de cinci ori în ultimii ani.

„Multe companii încă se concentrează pe ceea ce obţin în momentul în care utilizează aceste imprimante când produc prototipuri. Dar ca să profiţi din plin de avantajele imprimantelor 3D, trebuie să treci la producţia în serie”, spune Magnus René, preşedintele companiei Arcam. O astfel de imprimantă capabilă să modeleze metalul costă 1 milion de dolari, deci le este accesibilă doar marilor companii.

Un alt model de imprimantă 3D care produce obiecte din metal a fost realizată de o echipă de la Universitatea Tehnică din Michigan. Imprimanta americanilor este o combinaţie dintre un aparat de sudură de mici dimensiuni și un sistem motorizat de deplasare a capului de sudură pe două dimensiuni, combinat cu o platformă mobilă, toate fiind comandate de un controller simplu. Echipa din Michigan a înlocuit capul de extrudare al unei imprimante 3D cu plastic cu un aparat de sudură. Proiectul este „open source”, fiind publicat pentru a putea fi reprodus sau îmbunătăţit. (Romulus Cristea)

Tags:

You Might also Like

Leave a Comment

Your email address will not be published. Required fields are marked *