Što ako aditivna proizvodnja prilagođava složene dijelove za industriju vodika? Kako se prah može uključiti i isključiti tako brzo kao prekidač za svjetlo? Kako alat samostalno zna koliko je trenutno opterećen? Na Formnextu, Fraunhofer ILT na zajedničkom štandu Fraunhofer prikazuje tri inteligentna odgovora koja čine aditivnu proizvodnju znatno isplativijom.
Bilo da se radi o strukturi filtra, prekidaču praha ili senzoru: Ono što je do sada bila zasebna komponenta, vanjska sklopka ili dodatni proizvodni korak, sve više se integrira izravno u aditivne procese ili u proizvedenu strukturu. Ovaj pristup dosljedno nastavlja Fraunhofer Institut za lasersku tehnologiju ILT.
»Ne razmišljamo o aditivnoj proizvodnji samo s aspekta dijela, već i s aspekta procesnog lanca. Gdje god se može uštedjeti dodatni dio, proizvodni korak ili zadatak održavanja, intervenišemo s našim postupcima«, kaže dr. Tim Lantzsch, voditelj odjela za lasersku fuziju praha (LPBF) na Fraunhofer ILT-u. »Cilj je učiniti AM ekonomičnijim i time konkurentnijim. S uspjehom!«
Praškasti materijal unutra, praškasti materijal van: Prebacivanje u milisekundama
Metalni prah jedan je od najvećih troškova kod laserskog aditivnog zavarivanja (LMD). Značajan dio toga dosad je neiskorišten kroz sustav, primjerice kada laser tijekom složene putanje kratko pauzira, dok prah i dalje teče. Posljedice: skupi gubitak praha, onečišćeni dijelovi i sustavi za rukovanje, te rizici za komponente sustava i sigurnost na radu.
Dosadašnja rješenja mehanički isključuju prah, s vremenima prebacivanja od više od jedne sekunde i trošenjem pokretnih dijelova. Za visoko dinamične LMD- i EHLA-procese s čestim, kratkim prebacivanjima, to je presporo i neekonomično.
Fluidni praškasti prekidač razvijen na Fraunhofer ILT-u uključuje se izravno na mlaznici, tamo gdje prašak dolazi u proces. Osnova je Venturijev princip: Tok plina za kontrolu stvara u sužavanju presjeka podtlak i usisava prašak u spremnik, umjesto da ga usmjerava u procesnu zonu. Budući da u putu praška nema mehanički pokretnih dijelova, patentirani sustav radi gotovo bez habanja i održavanja. Osim čistog uključivanja i isključivanja, omogućuje i promjenu između više materijala, kao i postepeno podešavanje protoka mase praška.
Ekonomski učinak je značajan: Vrijeme prebacivanja smanjuje se u odnosu na mehaničke sustave za više od jedne veličine. Operativni troškovi plina za upravljanje su pritom više od tri veličine niži od troškova materijala uštede praha.
»Svaka gram praha koji ne prolazi neiskorišten kroz sustav štedi troškove, štiti komponentu i čuva resurse«, objašnjava Viktor Glushych, voditelj grupe za premazivanje LMD i toplinsku obradu na Fraunhofer ILT-u. Glushych je značajno sudjelovao u razvoju inovativnog Fluidic Powder Switch-a. »Osobito nas veseli što prekidač ne funkcionira samo u laboratoriju, već već radi u serijskoj proizvodnji kod prvih kupaca. To je bio naš cilj: industrijski prikladno, robusno i ekonomski rješenje.«
Porozne strukture po mjeri
Permeabilnost u metalnim komponentama do sada se najčešće postizala pomoću posebno izrađenih metalnih pjena, tkanina ili sinteriranih filtera, koje je potom potrebno spojiti. To oduzima vrijeme, ograničava slobodu dizajna i povećava toplinski i električni otpor na svakom spoju.
Na Fraunhofer ILT istraživači koriste Laser Powder Bed Fusion (PBF-LB/M) kako bi kontroliranu poroznost ciljano postavili, umjesto da je izbjegavaju. Tako se u jednom jedinstvenom monolitnom dijelu stvaraju guste i propusne zone, s oštrim ili postupnim prijelazima, potpuno bez naknadne obrade.
U projektu LPBFCells, koji financira Savezno ministarstvo za gospodarstvo i energiju (BMWE), Fraunhofer ILT proizvodi porozni transportni sloj (PTL) elektrolytičke ćelije u jednom dijelu umjesto iz slojeva sinteriranih jedan na drugi: s nižim kontakt otporima, integriranom strukturom protoka i potporom te znatno bržom iteracijom novih geometrija ćelija. Kao demonstrator, Fraunhofer ILT će na Formnext 2026. pokazati elektrolytičku ćeliju s gradiranim PTL-om od čistog titana.
»Razumijevanjem poroznosti kao dizajnerskog obilježja, možemo ciljano prilagoditi guste i propusne strukture funkciji dijela«, kaže Alexander Neuke, znanstveni suradnik na Fraunhofer ILT. »To je posebno zanimljivo za primjene vodika poput elektrolyzera ili gorivnih ćelija, gdje su potrebne različite poroznosti kroz debljinu dijela. Također vidim veliki potencijal za filtre ili turbomasine.«
Dijelovi koji pričaju sami za sebe
Aditivna proizvodnja nastaje sloj po sloj, čime postaju dostupna i područja koja nisu dostupna kod gotovog dijela. To koristi dr. Samuel Fink, voditelj grupe za tankoslojne procese na Fraunhofer ILT-u. On ugrađuje senzore direktno u LPBF dijelove, poput tiskanih mjernih traka. Senzorske slojeve stvaraju putem inkjet, aerosolnog mlaza ili tampon tiska; mogu se postaviti tijekom ili nakon izrade i precizno smjestiti. Tako proizvedeni pametni dijelovi pružaju, na primjer, podatke u stvarnom vremenu o opterećenju, deformaciji ili početnom stvaranju pukotina.
Na Formnextu institut prikazuje funkcionalni demonstrator: ključ za vijke s integriranim, in-situ tiskanjem mjernim trakama za deformaciju. Pod opterećenjem, ugrađeni senzor u stvarnom vremenu pruža podatke o deformaciji i raspodjeli naprezanja izravno u dijelu, zaštićen od mehaničkog trošenja i termičkog opterećenja. To otvara mogućnosti za praćenje stanja, prediktivno održavanje i veću operativnu sigurnost za sigurnosno kritične primjene, uz istovremeno smanjenje složenosti sustava, jer vanjska kabliranja i mjesta mjerenja otpadaju.
»Svi traže aditivne senzore, no dosad nedostaje robusnih, učinkovitih procesa i odgovarajućih materijala«, objašnjava Samuel Fink. »S pametnim ključem pokazujemo što je već moguće: senzori pružaju podatke upravo tamo gdje su najvažniji u komponenti. To je važan korak prema stvarnim serijskim aditivnim senzorskim rješenjima.«
Fraunhofer ILT na Formnextu na zajedničkom štandu Fraunhofer D31 u dvorani 11.0
Kontakt:
