Mi van, ha az additív gyártás a hidrogéngazdaság számára komplex alkatrészeket szab? Hogyan lehet a port olyan gyorsan be- és kikapcsolni, mint egy villanykapcsolót? Honnan tudja egy szerszám önállóan, hogy éppen mennyire van terhelve? A Formnext-en a Fraunhofer ILT a Fraunhofer közösségi standján három intelligens választ mutat be, amelyek az additív gyártást gazdaságosabbá teszik.
Akár szűrőstruktúra, porkapcsoló vagy érzékelő: ami eddig egy különálló alkatrész, egy külső egység vagy egy további gyártási lépés volt, egyre inkább közvetlenül az additív folyamatokba vagy a legyártott struktúrába kerül. Ezt a megközelítést követi a Fraunhofer Lézertechnikai Intézet (ILT) következetesen.
»Az additív gyártást nemcsak az alkatrész, hanem a folyamatlánc szempontjából is gondoljuk. Ahol csak lehet, hogy egy további alkatrészt, egy gyártási lépést vagy egy karbantartási feladatot megspóroljunk, ott alkalmazzuk a módszereinket« – mondja Dr. Tim Lantzsch, a Fraunhofer ILT Lézerpor-ágy fúzió (LPBF) osztályvezetője. »Célunk, hogy az AM gazdaságosabb és ezáltal versenyképesebb legyen. Sikerrel!«
Por be, por ki: Kapcsolás milliszekundumok alatt
A fémpor a lézeres bevonó hegesztés (LMD) egyik legnagyobb költséghajtó tényezője. Ennek jelentős része eddig kihasználatlanul áramlik át a rendszeren, például amikor a lézer bonyolult pályatervezés esetén rövid időre megáll, de a por továbbra is áramlik. A következmények: drága porveszteség, szennyezett alkatrészek és kezelőrendszerek, valamint kockázatok a berendezés komponenseire és a munkabiztonságra nézve.
A korábbi megoldások mechanikusan kapcsolják a port, több mint egy másodperces kapcsolási időkkel és a mozgó alkatrészek kopásával. A gyakori, rövid kapcsolású, nagy dinamikájú LMD- és EHLA- folyamatokhoz ez túl lassú és gazdaságtalan.
A Fraunhofer ILT által kifejlesztett Fluidic Powder Switch közvetlenül a fúvókán kapcsol, ott, ahol a por eléri a folyamatot. Az alapja a Venturi-elv: egy vezérlőgáz-áram egy keresztmetszeti szűkületben vákuumot hoz létre, és elszívja a port egy gyűjtőtartályba, ahelyett, hogy a folyamatzónába irányítaná. Mivel a porúton nincsenek mechanikusan mozgó alkatrészek, a szabadalmaztatott rendszer szinte kopás- és karbantartásmentesen működik. A tiszta be- és kikapcsoláson kívül lehetővé teszi a több anyag közötti váltást, valamint a por tömegáramának fokozatos beállítását is.
A gazdasági hatás jelentős: A kapcsolási idő a mechanikus rendszerekhez képest több mint egy nagyságrendet csökken. A vezérlőgáz üzemeltetési költségei több mint három nagyságrenddel alacsonyabbak az megtakarított por anyagköltségeinél.
»Minden egyes gramm por, amely nem kihasználatlanul áramlik át a rendszeren, költséget takarít meg, védi a munkadarabot és kíméli az erőforrásokat« - magyarázza Viktor Glushych, az LMD bevonatolás és hőkezelés csoportvezetője a Fraunhofer ILT-nél. Glushych jelentős mértékben hozzájárult az innovatív Fluidic Powder Switch kifejlesztéséhez. »Különösen örülünk, hogy a kapcsoló nemcsak a laboratóriumban működik, hanem az első ügyfeleknél már sorozatgyártásban is használják. Pontosan ez volt a célunk: egy ipari használatra alkalmas, robusztus és gazdaságos megoldás.«
Porózus szerkezetek méretre szabva
A fémalkatrészek permeabilitását eddig általában külön gyártott fémhabok, szövetek vagy szinterezett szűrők révén érték el, amelyeket aztán össze kell illeszteni. Ez időt vesz igénybe, korlátozza a tervezési szabadságot, és minden illesztési ponton növeli a hő- és elektromos ellenállást.
A Fraunhofer ILT-nél a kutatók a lézeres porágy-fúziót (PBF-LB/M) használják a kontrollált porozitás célzott beállítására, ahelyett, hogy elkerülnék azt. Így sűrű és permeábilis zónák keletkeznek egyetlen, monolitikus alkatrészben, éles vagy fokozatos átmenetekkel, teljes utófeldolgozás nélkül.
A LPBFCells projekt keretében, amelyet a Szövetségi Gazdasági és Energiaügyi Minisztérium (BMWE) támogat, a Fraunhofer ILT így egyetlen alkatrészként gyártja az elektrolízis cella porózus transzportszintjét (PTL) a rétegezett szinterelt rétegek helyett: alacsonyabb érintkezési ellenállásokkal, integrált áramlási mezővel és támasztószerkezettel, valamint jelentősen gyorsabb új cellageometriák iterációjával. A Fraunhofer ILT a Formnext 2026 rendezvényen egy tiszta titánból készült, graduált PTL-lel rendelkező elektrolízis cellát mutat be demonstrátorként.
„Ha a porozitást tervezési jellemzőként értelmezzük, akkor a sűrű és permeábilis struktúrák célzottan a komponens funkciójához igazíthatók“ – mondja Alexander Neuke, a Fraunhofer ILT tudományos munkatársa. „Ez különösen érdekes a hidrogén alkalmazások, például az elektrolizátorok vagy üzemanyagcellák esetében, ahol a különböző porozitásokra a komponens vastagságán belül van szükség. De a szűrők vagy turbógépek esetében is nagy potenciált látok.”
Önállóan mesélő alkatrészek
Az additív gyártás rétegről rétegre történik, így olyan területek is hozzáférhetővé válnak, amelyek egy kész alkatrész esetében nem elérhetők. Ezt használja ki Dr. Samuel Fink, a Fraunhofer ILT vékonyfilm-eljárások csoportvezetője. Ő érzékelőket integrál közvetlenül az LPBF alkatrészekbe, például nyomtatott nyúlásmérőket. Az érzékelőrétegek inkjet, aeroszol-jet vagy tamponnyomtatással készülnek; ezeket a gyártás során vagy után lehet felvinni és pontosan elhelyezni. Az így készült okos alkatrészek például valós idejű adatokat szolgáltatnak a terhelésről, deformációról vagy a kezdődő repedésképződésről.
A Formnext-en az intézet egy funkcionális demonstrátort mutat be: egy csavarkulcsot, amelybe integrált, in-situ nyomtatott feszültségmérő van beépítve. Terhelés alatt a beágyazott érzékelő valós időben adatokat szolgáltat az alakváltozásról és a feszültségeloszlásról közvetlenül az alkatrészben, védve a mechanikai kopástól és a hőterheléstől. Ez lehetővé teszi az állapotfigyelést, a prediktív karbantartást és a nagyobb üzemeltetési biztonságot biztonságkritikus alkalmazások esetén, miközben csökkenti a rendszer komplexitását, mivel a külső kábelezés és mérőhelyek elmaradnak.
»Mindenki additív érzékelőket keres, de eddig hiányoznak a robusztus, hatékony folyamatok és a megfelelő anyagok«, magyarázza Samuel Fink. »A Smart Wrench segítségével megmutatjuk, mi már lehetséges: Az érzékelők pontosan ott szolgáltatnak adatokat, ahol a legnagyobb jelentőséggel bírnak a komponensben. Ez egy fontos lépés a valóban sorozatközeli additív érzékelőmegoldások felé.«
Fraunhofer ILT a Formnext-en a Fraunhofer közösségi standján D31 a 11.0 teremben.
Kapcsolat:
