Topienie wysokiej mocy dla potrzeb szybkiego przetwarzania
Druk przestrzenny (AM), który polega na budowaniu podzespołu warstwa po warstwie na podstawie pliku CAD, ma szereg zalet w porównaniu ze standardowymi technikami formowania. Umożliwia produkcję podzespołu zbliżonego do formy końcowej i minimalizuje zużycie energii i czasu oraz ilość odpadów materiałowych na etapie przetwarzania końcowego. Technika ta jest szczególnie cenna przy produkcji skomplikowanych geometrii, które wymagają wysokiej precyzji. AM metodą topienia wiązką elektronów (EBM) umożliwia szybką produkcję części w złożu proszkowym w komorze próżniowej, poprzez topienie kolejnych warstw proszku wiązką elektronową. Ze względu na powolność procesu i wysoki koszt inwestycyjny sprzętu, metoda ta pociąga za sobą wysoki koszt przy masowej produkcji podzespołów astronautycznych na bazie stopu tytanowego. Jednak w ramach finansowanego przez UE projektu FASTEBM przyspieszono ten proces, dzięki zastosowaniu nowego działka elektronowego o wysokiej mocy i powiązanej technologii kontroli procesu. Kluczem do sukcesu było modelowanie i symulacja. Zespół opracował model procesu EMB, który okazał się skuteczny w symulacjach 2D i nadaje się do zastosowania w technologii 3D. W celu zwiększenia mocy wiązki, kluczowej dla przyspieszenia tempa procesu, wykorzystano modelowanie działka elektronowego metodą elementów skończonych. Jeden z partnerów projektu, który posiada obecnie zarejestrowany znak towarowy dla technologii EBM, przetestował prototyp w ramach prób przemysłowych. Symulacje pomogły naukowcom zidentyfikować okno procesowe, w którym możliwe jest zastosowanie wyższych prędkości przetwarzania, przy jednoczesnym zapewnieniu dopuszczalnie niskich wartości porowatości i pęcznienia, a w efekcie pomyślnej konstrukcji. Naukowcy opracowali także model kosztów procesu. Jego wdrożenie ukazało potencjalny spadek ceny sprzedaży tytanowych podzespołów astronautycznych średnio o 54% w porównaniu z konwencjonalnymi metodami przetwarzania, dzięki oszczędności na kosztach produkcji. Wdrożenie tej technologii miałoby potężny wpływ na konkurencyjność europejskich producentów komponentów astronautycznych, z których wielu to mali i średni przedsiębiorcy. W projekcie FASTEBM stworzono prototypowy, bardzo szybki aparat EBM o wysokiej precyzji wraz z oprogramowaniem do sterowania, a także modele procesu do wielkoskalowej produkcji tytanowych części płatowca. Dalsze prace pozwolą zakwalifikować tę technologię jako odpowiednią do produkcji innych części i procesów AM, wnosząc znaczący wkład w gospodarkę UE.
Słowa kluczowe
Przestrzeń powietrzna, produkcja masowa, druk przestrzenny, topienie wiązką elektronów
