ETH Zürichi õpilased on välja töötanud laserpulbri voodi termotuumasünteesi masina, mis järgib ümmargust tööriista, et printida ümmargusi komponente, mis võimaldab töödelda mitu metalli korraga. Süsteem vähendab märkimisväärselt tootmisaega ja avab uusi võimalusi lennunduse ja tööstuse jaoks. ETH on esitanud masina jaoks patenditaotluse ja tulemused avaldatakseCIRP Annals.
Tänapäeval tuginevad praktiliselt kõik kaasaegsed raketimootorid 3D -printimist, et maksimeerida nende jõudlust tiheda sidumise abil struktuuri ja funktsiooni vahel. ETH Zürichi õpilased on nüüd ehitanud kõrge - Speed Multi - Materiaalsed metallprinteri: laserpulbri voodiga termotuumasünteesi masin, mis pöörab pulbri sadestumist ja gaasi voolu pihustit, mis tähendab, et see võib töödelda mitut metalli samaaegselt ja ilma töötlemiseta. Masin võiks põhimõtteliselt muuta metalliosade 3D -printimist, mille tulemuseks on tootmise aeg ja kulud märkimisväärselt.
Kuue bakalaureuseõpilase viiendal ja kuuendal semestril koosnev meeskond arendas ETH -i professor Markus Bambachi ja vanemteadlase Michael Tuckeri juhendamisel Focus Project Rapture juhendamisel uue masina arenenud tootmislaboris. Ainult üheksa kuu jooksul mõistsid õpilased, ehitasid ja testisid oma ideed. Masin on suunatud eriti kosmoserakendustele, millel on ligikaudu silindrilised geomeetriad, näiteks raketipihustid ja turbomahhlikoored, kuid pakub ka laia huvi mehaanikatehnika vastu.
Juurdepääsu pakkumine kõrgtehnoloogiale
Projekti juht Tucker selgitab, et projekt sündis väga konkreetsest väljakutsest: BI - - arendamine Šveitsi akadeemilise kosmose algatuse ARIS jaoks, mis ehitab oma rakette kosmosesse jõudmiseks. Järgmise paari aasta jooksul on ARIS eesmärk jõuda Kármáni liini - kosmose rahvusvaheliselt tunnustatud piiri, mis on seatud 100 kilomeetri kõrgusele, millest kaugemale on atmosfäär liiga õhuke, et toetada lennukite kaudu lendu ilma erilise tõukejõuta.
Pikendatud kaatri intensiivse soojuse ja rõhu vastu pidamiseks peaksid raketipihustid ideaalis olema valmistatud mitmest metallist. Näiteks saab nende interjööri valmistada soojust - vase juhtivst integreeritud jahutuskanalitega ja nende soojuse välisküljega - resistentse niklisulamiga. "Väikeste mängijate jaoks, nagu meie tudengiraketimeeskond, on selline multi - materjalitehnoloogia olnud nüüd liiga keeruline ja liiga kallis, pannes selle käeulatusest välja," ütleb Tucker.
3D -pöörlemisprintimine
Uue masina süda on pöörlev platvorm, mis võimaldab kõrge - kiiruse printimisprotsessi. Erinevalt tavalistest võrdlevate laserpulbri voodite termotuumasünteesi masinatest, kus pärast iga kihi sulamist tuleb kanda uus pulbri kiht, töötab Rapture Machine mitte - tänu oma pöörlevale platvormile. See tähendab, et pulbrit rakendab ja sulandub laser samaaegselt, mis suurendab märkimisväärselt tootlikkust. See vähendab silindriliste komponentide tootmisaega enam kui kahe kolmandiku võrra.
"See protsess sobib ideaalselt raketipihustite, pöörlevate mootorite ja paljude muude kosmosetööstuse komponentide jaoks," ütleb Tucker. "Neil on tavaliselt suur läbimõõt, kuid väga õhukesed seinad," lisab ta. Kuigi masin on võimeline tootma ka mitte - teljesümmeetrilisi või isegi osade massiive, on pöörlemismeetod eriti efektiivne selle geomeetria täpselt tootmiseks.
Kahe metalli korraga printimine
Pöörlemismasin saab ühe toimingu jooksul töödelda kahte erinevat metalli. Tavapärased süsteemid vajavad mitut sammu ja palju suuremat kogust metallipulbrit. Kuna segapulbri eraldamine ja taastumine on endiselt avatud väljakutse, muutub täna sellest pulbrist raiskamiseks. Uus meetod ladestub ainult materjaliga, kus seda komponendis tegelikult vaja on, vähendades sellega jäätmeid.
Masinal on mehhanism, mis puhub inertset gaasi piirkonnas, kus pulber sulatatakse. See takistab komponendi oksüdeerumist selle printimise ajal. Soot, pritsivad ja muud - tooted ekstraheeritakse süstemaatiliselt väljalaskeava kaudu. "Alguses alahindasime, mil määral gaasivoolu mehhanism mõjutab toote kvaliteeti," ütleb Tucker. "Nüüd teame, et see on ülioluline." Tänu äsja välja töötatud masina pöörlevale arhitektuurile saab kohalikke gaasi voolu tingimusi kontrollida palju tihedamalt kui tavalise masina puhul.
Kohandatud, mitte standardkomponendid
Õpilased seisid uudse laserpulbri voodite termotuumasünteesi masina väljatöötamisel silmitsi mitmete tehniliste väljakutsetega, millest üks hõlmas skaneeriva laseri sünkroonimist gaasi sisselaskeava pöörlemisega ja pulbrivarustusega. Lisaks, kuna paljud masina jaoks vajalikud osad pole kaubanduslikult saadaval, kavandas meeskond oma. Nende hulka kuulub gaasi sisselaskeava pöörlev ühendus ja süsteem, mis täidab pulbri automaatselt töö ajal.
Sellegipoolest on õpilaste meeskond suutnud ehitada masina, mis peaaegu näeb välja tööstuslikuks kasutamiseks. Tuckeri jaoks oli see üks fookusprojekti tipphetki: "See, et õpilaste meeskond arendas ja ehitas üheksa kuu jooksul toimiva masina, on üsna tähelepanuväärne."
Lennunduse potentsiaal, E - liikuvus ja palju muud
Lisaks konkreetsetele rakendustele ARIS -i ja lennunduse kosmosetööstuse jaoks üldiselt näeb meeskond potentsiaalseid rakendusi teistes sektorites, näiteks lennukite ja gaasiturbiinides, ning elektrimootorites, kus norm on rõngas - kujulised geomeetriad. Oma uudsuse ja tohutu kaubandusliku potentsiaali tõttu esitati patenditaotlus ETH -ga, mis katab Rotary Multi - materiaalse laseri pulbri vooditehnoloogia, mis on sellest ajast alates nimetatud ETH Sparki auhinnale.
Prototüübiga seni toodetud komponentide läbimõõt on kuni 20 sentimeetrit. Uurimisrühm otsib nüüd protsessi suuremat kiirust ja suurema läbimõõduga ning nad otsivad praegu selle revolutsioonilise tehnoloogia edasiseks arendamiseks ja juurutamiseks tööstuspartnereid nendega koostööd tegema.
