ETHチューリッヒの学生は、ラウンドコンポーネントを印刷するための円形のツールパスに従ってレーザーパウダーベッド融合機を開発しました。これにより、複数の金属を一度に処理できます。このシステムは、製造時間を大幅に短縮し、航空宇宙と産業の新しい可能性を開きます。 ETHは機械の特許出願を提出しており、結果はCIRP ANNALS.
今日、実質的にすべての最新のロケットエンジンは、構造と機能の間の緊密な結合でパフォーマンスを最大化するために3D印刷に依存しています。 ETHチューリッヒの学生は、現在、印刷中に粉末堆積とガスの流れのノズルを回転させるレーザーパウダーパウダーベッドフュージョンマシン：致命的なプロセスを同時に処理できます。この機械は、金属部品の3D印刷を根本的に変更する可能性があり、生産時間とコストが大幅に削減される可能性があります。
5学期と第6学期の6人の学士号の学生のチームは、フォーカスプロジェクトRaptureの一環として、ETH Markus Bambach教授と上級科学者Michael Tuckerの指導の下、Advanced Manufacturing Labの新しいマシンを開発しました。わずか9か月で、学生は自分のアイデアを実現、構築、テストしました。このマシンは、特にロケットノズルやターボチャイナリーなど、ほぼ円筒形の幾何学を特徴とする航空宇宙のアプリケーションを対象としていますが、機械工学にも幅広い関心があります。
高度な技術へのアクセスを提供します
プロジェクトリードタッカーは、このプロジェクトは非常に具体的な課題から生まれたと説明しています。BI{-液体-燃料燃料のロケットノズル、Swiss Academic Space InitiativeであるARIのロケットノズルが燃料を供給します。次の数年以内に、アリスは、100キロメートルの高度に設定された国際的に認識されている空間の境界にカルマン線-に到達することを目指しています。
拡張された打ち上げにわたる激しい熱と圧力に耐えるために、ロケットノズルは複数の金属で理想的に作られるべきです。たとえば、それらの内部は、統合された冷却チャネルと熱の外観を備えた熱-伝導銅-耐性ニッケル合金で作ることができます。 「学生ロケットチームのような小規模なプレーヤーにとって、この種のマルチ-材料技術は、これまで複雑すぎて高すぎて、手の届かないところに置いています」とタッカーは言います。
回転3D印刷
新しいマシンの中心は、高{-速度印刷プロセスを可能にする回転プラットフォームです。各層が溶けた後に新しい粉末を塗布する必要がある従来の直線レーザーパウダーベッド融合マシンとは異なり、Rapture Machineは回転プラットフォームのおかげで非-停止します。これは、粉末がレーザーによって同時に施され、融合され、生産性が大幅に向上することを意味します。これにより、円筒形のコンポーネントの製造時間が3分の3以上削減されます。
「このプロセスは、航空宇宙産業のロケットノズル、回転エンジン、その他多くのコンポーネントに理想的に適しています」とタッカーは言います。 「彼らは通常、大きな直径がありますが、非常に薄い壁を持っています」と彼は付け加えます。マシンは、-軸対称または部品の配列を生成することもできますが、回転方法は、このジオメトリを正確に生成するのに特に効果的です。
2つの金属を同時に印刷します
回転機は、単一の動作で2つの異なる金属を処理できます。従来のシステムには、いくつかのステップとはるかに多くの金属粉末が必要です。混合粉末の分離と回復が依然としてオープンな挑戦であるため、今日、この粉末の多くは無駄になります。新しい方法は、コンポーネント内で実際に必要な材料のみを堆積させ、それにより廃棄物を減らします。
機械は、粉末が融合されているエリアに不活性ガスを吹き込むメカニズムを備えています。これにより、コンポーネントが印刷中に酸化を防ぎます。 -製品によるすす、スパッタ、その他は、出口を介して体系的に抽出されます。 「最初は、ガスの流れのメカニズムが製品の品質に影響する程度を過小評価していました」とタッカーは言います。 「今、私たちはそれが非常に重要であることを知っています。」新しく開発されたマシンの回転アーキテクチャのおかげで、ローカルガスの流れ条件は、従来のマシンよりもはるかに厳密に制御できます。
標準コンポーネントではなくカスタマイズされています
学生は、新しいレーザーパウダーベッド融合マシンを開発する際に多くの技術的課題に直面しました。その1つは、ガス入口と粉末供給の回転とスキャンレーザーの同期を伴いました。さらに、マシンに必要な部品の多くは市販されていないため、チームは自分で設計しました。これらには、ガス入口の回転可能な接続と、動作中に粉末を自動的に補充するシステムが含まれます。
それにもかかわらず、学生チームは、産業用アプリケーションの準備がほぼ準備されているように見えるマシンを構築することができました。タッカーにとって、これはフォーカスプロジェクトのハイライトの1つでした。「学生のチームが9か月で機能するマシンを開発および構築したという事実は、非常に注目に値します。」
航空宇宙の可能性、E -モビリティなど
ARIおよび航空宇宙産業全般の具体的な用途に加えて、チームは、航空機やガスタービンなどの他のセクターや、リング-形状のジオメトリが標識されている電気モーターで潜在的な用途が標準です。その斬新で途方もない商業的可能性により、特許出願はETHによってETH Spark Awardにノミネートされたロータリーマルチ-材料レーザーパウダーベッド融合技術をカバーするETHによって提出されました。
プロトタイプでこれまでに製造されたコンポーネントの直径は最大20センチです。研究チームは現在、プロセスを高速とより大きな直径にスケーリングすることを検討しており、現在、この革新的なテクノロジーをさらに開発および展開するために、彼らと協力する業界パートナーを探しています。
