Additiv fremstilling af multifunktionelle dele

Additiv fremstilling er i øjeblikket en af ​​de vigtigste tendenser i industrien. Nu har et team fra Fraunhofer Institute for Ceramic Technologies and Systems IKTS udviklet et Multi Material Jetting-system, der gør det muligt at kombinere forskellige materialer til en enkelt additivt fremstillet del. Dette gør det muligt at skabe produkter med kombinerede egenskaber eller funktioner. Det nye system kan bruges med særligt højtydende materialer som keramik og metal.

Additive fremstillingsteknologier såsom 3-D-print involverer opbygning af et ønsket produkt lag for lag i stedet for at producere det fra et enkelt stykke. Dette muliggør høj præcision, specialfremstilling med præcist definerede produktkarakteristika - og teknologien bliver løbende forbedret. Selvom de første år med additiv fremstilling var domineret af polymerer, dette udvidede for nogen tid siden til at omfatte metaller og keramiske materialer.

Fraunhofer IKTS har nu taget endnu et stort skridt fremad. Forskere har udviklet et system, der muliggør additiv fremstilling af multimaterialedele baseret på termoplastiske bindemiddelsystemer. Kendt som Multi Material Jetting, eller MMJ, denne proces kombinerer forskellige materialer og deres forskellige egenskaber i et enkelt produkt. "Lige nu, vi kan behandle op til fire forskellige materialer ad gangen, " siger Uwe Scheithauer, en forsker ved Fraunhofer IKTS. Dette åbner døren til en bred vifte af applikationer, giver virksomheder mulighed for at producere højt integrerede multifunktionelle komponenter med individuelt definerede egenskaber.

Fremstilling af produkter dråbe for dråbe

Det nye system fremstiller dele i en kontinuerlig proces. I det første trin, det keramik- eller metalpulver, som delen skal fremstilles af, fordeles homogent i et termoplastisk bindemiddel. De på denne måde fremstillede gyller fyldes i mikrodoseringssystemer (MDS) for at påbegynde selve fremstillingsprocessen. Disse gyller smeltes i MDS ved en temperatur på omkring 100 grader Celsius, skabe et stof, der kan frigives i meget små dråber. IKTS-forskerne udviklede også et tilsvarende softwareprogram til at sikre præcis placering af dråberne under fremstillingen. Mikrodoseringssystemerne arbejder med høj præcision, computerstyret proces, at deponere dråberne en efter en på det helt rigtige sted. Dette opbygger gradvist delen dråbe for dråbe med hastigheder på op til 60 mm og 1, 000 dråber i sekundet. Systemet fungerer med dråbestørrelser på mellem 300 og 1000 μm, skabe aflejrede lag med højder på mellem 100 og 200 μm. Den maksimale størrelse af dele, der i øjeblikket kan fremstilles, er 20 × 20 × 18 centimeter. "Den kritiske faktor her er den skræddersyede dosering af metal- eller keramiske slam. At få den rigtige dosering er nøglen til at sikre, at det additivt fremstillede slutprodukt får de nødvendige egenskaber og funktioner under efterfølgende sintring i ovnen, herunder egenskaber som styrke, termisk ledningsevne og elektrisk ledningsevne, " siger Scheithauer.

Keramisk satellitmotor med indbygget tænding

Det nye IKTS-system kan bruges til at lave meget komplekse dele som for eksempel tændingssystemet i en satellitfremdrivningsmotor lavet af keramik. Satellitmotorforbrændingskamre når ekstremt høje temperaturer, så keramikkens evne til at modstå varme gør dem til et ideelt valg af materiale. MMJ kan bruges til at producere et tændingssystem, der er direkte integreret i motoren. Dette tændingssystem kombinerer elektrisk ledende og isolerende områder i en enkelt, ekstremt robust komponent. I dette tilfælde, MMJ-processen kræver tre doseringssystemer:et til et støttemateriale, der desintegrerer under varmebehandling i ovnen, et sekund for den elektrisk ledende komponent, og en tredjedel til den elektrisk isolerende komponent. MMJ har også masser af tænkelige anvendelser på markedet for forbrugerprodukter - for eksempel en tofarvet keramisk urramme lavet til en individuel kunde som en engangsvare.

Takket være dens høje præcision og fleksibilitet, MMJ-systemet er velegnet til mere end blot fremstilling af multifunktionelle komponenter. "Vi kunne også bruge det til at lave emner til hårdmetaldele, for eksempel. Takket være den enorme præcision af doseringssystemerne, konturerne af emnerne ville allerede være meget tæt på slutproduktets konturer. De ville derfor kræve meget lidt efterfølgende slibning sammenlignet med konventionelle metoder. Det er en stor fordel, når du arbejder med hårdmetal, " siger Scheithauer.