Nu bliver det muligt at 3D-printe alle legeringer og metaller
more_vert
close
close

Få de daglige nyheder fra Version2 og Ingeniøren. Læs mere om nyhedsbrevene her.

close
Ved at tilmelde dig accepterer du vores Brugerbetingelser, og at Mediehuset Ingeniøren og IDA-gruppen lejlighedsvis kan kontakte dig om arrangementer, analyser, nyheder, tilbud mm via telefon, SMS og email. I nyhedsbreve og mails fra Mediehuset Ingeniøren kan findes markedsføring fra samarbejdspartnere.

Nu bliver det muligt at 3D-printe alle legeringer og metaller

Pulver med nanopartikler fødes til en 3D-printer, der placerer pulveret i lag, som laser-svejses sammen til et tredimensionelt objekt. Illustration: B. Ferguson, HRL Laboratories

3D-printning er en teknik, som finder anvendelse inden for mange brancher. Et afgørende problem er dog, at det kun er et meget begrænset antal legeringer, det er muligt at anvende i dagens 3D-printere.

Den nød har forskere og ingeniører fra HRL Laboratories i Californien et bud på at knække.

I en artikel i Nature beskriver de en ny form for 3D-printning, der gør det muligt eksempelvis at fremstille komponenter i aluminiumlegeringer med høj styrke som Al7075 og Al6061, der bl.a. anvendes i flyindustrien.

Revnedannnelse har været et problem

Det har hidtil været umuligt at 3D-printe komponenter baseret på disse materialer, da der let og næsten uundgåeligt opstår revnedannelser ved konventionel 3D-printning.

Det skyldes, at disse materialer og mange andre interessante metaller og legeringer har et stort temperaturområde, hvor flydende og faste faser af materialet kan sameksistere.

Når sådanne materialer afkøles ved 3D-printning, kan flydende materiale samles i kanaler mellem de faste elementer. Under yderligere afkøling opstår der hulrum i denne form for flydende film. Disse hulrum kan udbrede sig gennem materialet og give anledning til revnedannelser, der nedsætter styrken.

John Martin og hans kolleger fra HRL Laboratories omgår dette problem ved at blande hydrogenstabiliserede zirkonium-nanopartikler i pulveret af eksempelvis Al7075, som fødes til 3D-printeren.

Under 3D-processen, hvor en komponent opbygges lag på lag, i og med at lagene svejses sammen under opvarmning af en laser, dannes herved Al3Zr, der fungerer som nukleering agent under afkølingen.

Det resulterer i en mere jævn og ensartet dannelse af den faste fase med kornstørrelser, der både er mere ens i størrelse og er nogenlunde lige lange, brede og høje.

Yderligere undersøgelser er påkrævet

Ian Todd fra University of Sheffield i England, der har været en af de eksterne bedømmere, som har anbefalet, at artiklen udgives af Nature, skriver i en kommentar, at metoden løser mange af de nuværende problemer knyttet til 3D-printning, og at den på mange måder virker lovende.

Han bemærker dog, at der udestår en del undersøgelser, før metoden er køreklar til eksempelvis aerospace-industrien.

Det er ikke nok, at forskerne har vist, at legeringen opnår samme styrke med den nye fremstillingsteknik. De mangler stadig at vise, at metaltræthed - den svækkelse af materialet, der sker under gentagen belastning - ikke er et problem.

Tiden, det tager at fremstille en komponent ved 3D-printning, skal også nedbringes - både for den nye metode og konventionelle 3D-metoder. Ian Todd bemærker, at der er sket store fremskridt i 3D-printning med polymerer, men at det er en meget større teknisk udfordring at opnå samme forbedringer for metaller.

»Men John Martin og co. har taget et afgørende skridt på vejen mod, at man kan 3D-printe ethvert metal,« skriver Todd afslutningsvis.

Til venstre ses et traditionelt 3D-print af aluminiumlegeringen Al7075, til højre ses 3D-print med den nye metode. Ved den traditionelle metode opstår lange revner og søjleagtige korn. Ved at tilføre nanopartikler til pulver af Al7075 får man mere ensartede korn i det færdige materiale og undgår revnedannelse. Den hvide streg angiver en længde på 20 mikrometer. Illustration: Nature

HRL Laboratories har produceret denne video om det nye forskningsresultat. Den kan virke lidt reklameagtig, men der er nogle gode optagelser af processen i den sidste halvdel.

Er det også inkluderet rustfrit stål ?

Jeg opfatter den videnskabelige artikel således, at svaret principielt er ja, men man skal finde de rette nanopartikler, som ikke nødvendigvis er de samme, som er benyttet i disse eksperimenter,

Så et bedre svar er nok: Det vil mere forskning vise om er muligt i praksis.

  • 3
  • 0

Bliver interessant, hvad der sker med aluminium, som er blandet op med Zirconium.
Zirconium er nok ikke et billigt grundstof. :)

  • 1
  • 0

Alle de store metal AM maskin producenter (e.g. SLM Solutions, EOS og Concept Laser) har muligheder for at fremstille emner i f.eks. 316L og IN718 og andre korrosionsbestandige legeringer.

Man kunne måske også forestille sig at man kunne fremstille emner i de ovennævnte Al-legeringer UDEN Zirconium hvis man benyttede sig af binder-jet teknologi.
Det burde minimere de termiske spændinger i materialet...

/Martin

  • 0
  • 0

Processen som beskrives under billedet kan jeg ikke forestille mig vil fungerer til rustfrit stål, netop grundet svejsning. Mener nu ret bestemt at krom fortrænges i et smeltebad som jo netop giver oxidlag og de rustfrie egenskaber.

Men det tyder på at 3D print i rustfrit stål laves via pulver som bindes med et bindemiddel i printer process og når form er færdig printet, opvarnmes emne i en ovn (sinterproces 1300°C).

Så styrke og rustfrie egenskaber bliver nok derefter!

  • 0
  • 0

Laser sintring af metal er meget sejt indtil videre, og nogle skulle helt sikkert lave en hjemmemaskine med det princip men fremsigtigt er jeg overbevist om at vi skal over i mere fundamental fysik og væk fra termodynamikken.
Indtil vi har mere fancy fysik forestiller jeg mig at styret pådampning i vakuum er en oplagt metode hvor man kan lave materialer uden interne spændinger og med perfekt atomstruktur.

Jeg har nærstuderet historier om de besøgende fra rummet og de bruger tilsyneladende en "3D print" teknik som kombinerer strukturelle og funktionelle materialer i én proces således at der ikke skelnes mellem fremstilling a mikrochips, isolator og stålbjælker. Altså monolitisk så hvis man vil frem til det gode og springe legetøjstrinene over så skal vi nok være tålmodige nok til at se på processer der kan arrangere atomerne hvis ikke eksakt så finkornet nok til at lave transistorer og monokrystallinske materialer eller meget finkortet styring af krystalstrukturer.
Jeg vil tro at lidt magnetfelter og laser kan styre vapor deposition og lave noget så godt at det ikke kan fremstilles på anden måde.
Jeg har set en der printer meget små metalting så præcist at overfladen er optisk blank så hvis vi allerede er der så er det måske meget ligetil.
Selv hvis det tager et år at printe et fartøj så kan det være det værd.

  • 0
  • 1

Man kommer ikke uden om sintring med Binder Jetting (3D pulvermetallurgi), hvilket får materialet til at skrumpe når limen forsvinder.
De tilbageværende porre vil nok hindre revnedannelse ved printning i aluminium men pulvermetallurgi komponenter har i forvejen lavere flydespænding fordi fremstillingsporcessen introducere porre.

Hvis produktet har krav til holdbarhed og produktionen krav til færre behandlinger så lyder lasersintring printer mere lovende, på trods af behov for yderligere undersøgelser mht. aluminium.

  • 0
  • 0

Pointen i artiklen er, at man har tilsætter et fint pulver der fremmer lokal nukleering. På den måde forhindrer man materialet i a størkne i store klumper, men lader det størkne i mindre klumper, hvilket giver mindre termiske spændinger.
Når det er sagt, så kan man jo kaste et blik på billederne ovenfor. Man veksler store revner og store termiske spændinger med en masse små revner. Det kan godt være at materialet indenfor de enkelte krystaldomæner har samme "egenskaber" som grundmaterialet, men det ændrer ikke på at (makro)materialet har samme mikrostruktur som ost og på ingen måde vil kunne matche et tilsvarende "rigtigt" materiale.

  • 0
  • 0