Ce se întâmplă dacă fabricația aditivă personalizează componente complexe pentru economia hidrogenului? Cum poate fi pulberea activată și dezactivată la fel de repede ca un întrerupător de lumină? De unde știe un instrument în mod autonom cât de mult este supus la stres? La Formnext, Fraunhofer ILT va prezenta la standul comunității Fraunhofer trei răspunsuri inteligente care fac fabricația aditivă mult mai economică.
Fie că este vorba de o structură de filtrare, un comutator de pulbere sau un senzor: ceea ce a fost până acum un component separat, un ansamblu extern sau un pas suplimentar de fabricație, se integrează din ce în ce mai mult direct în procesele aditive sau în structura fabricată. Această abordare este urmărită cu consecvență de Institutul Fraunhofer pentru Tehnologia Laser ILT.
»Nu ne gândim la fabricația aditivă doar din perspectiva componentelor, ci din perspectiva întregului proces. Ori de câte ori se poate economisi o componentă suplimentară, un pas de fabricație sau o sarcină de întreținere, intervenim cu metodele noastre«, spune Dr. Tim Lantzsch, șeful departamentului Laser Powder Bed Fusion (LPBF) la Fraunhofer ILT. »Scopul este de a face AM mai rentabil și, prin urmare, mai competitiv. Cu succes!«
Pulbere pe, pulbere off: Comutare în milisecunde
Pulberul metalic este unul dintre cei mai mari factori de cost în sudarea prin laser (LMD). O parte semnificativă din acesta curge până acum neutilizată prin instalație, de exemplu, atunci când laserul face o pauză scurtă în timpul planificării complexe a traiectoriei, dar pulberea continuă să curgă. Consecințele: pierderi costisitoare de pulbere, componente murdare și sisteme de manipulare, precum și riscuri pentru componentele instalației și siguranța muncii.
Soluțiile existente comută pulberea mecanic, cu timpi de comutare de peste o secundă și uzură a pieselor în mișcare. Pentru procesele LMD și EHLA de înaltă dinamicitate, cu comutări frecvente și scurte, aceasta este prea lent și neeconomic.
Comutatorul de pulbere fluidic dezvoltat la Fraunhofer ILT comută direct la duză, acolo unde pulberea ajunge în proces. Baza este principiul Venturi: Un flux de gaz de control generează un vid într-o îngustare a secțiunii și absoarbe pulberea într-un recipient de colectare, în loc să o direcționeze în zona de proces. Deoarece nu există piese mecanice în mișcare în calea pulberii, sistemul brevetat funcționează aproape fără uzură și întreținere. Pe lângă simpla activare și dezactivare, permite și schimbul între mai multe materiale, precum și o ajustare treptată a debitului de pulbere.
Levierul economic este considerabil: Timpul de comutare scade cu mai mult de un ordin de mărime în comparație cu sistemele mecanice. Costurile de operare ale gazului de control sunt cu mai mult de trei ordine de mărime sub costurile materialelor pulberii economisite.
„Fiecare gram de pulbere care nu trece nefolosit prin instalație economisește costuri, protejează componenta și conservează resurse“, explică Viktor Glushych, liderul grupului de acoperire LMD și tratamente termice la Fraunhofer ILT. Glushych a contribuit semnificativ la dezvoltarea inovatorului Fluidic Powder Switch. „Suntem deosebit de încântați că întrerupătorul nu funcționează doar în laborator, ci deja este utilizat în producția de serie la primii clienți. Exact aceasta a fost cerința noastră: o soluție robustă, economică și adecvată pentru industrie.“
Structuri poroase la comandă
Permeabilitatea în componentele metalice este până acum obținută în principal prin spume metalice fabricate separat, țesături sau filtre sinterizate, care trebuie ulterior asamblate. Aceasta costă timp, restricționează libertatea de design și crește rezistența termică și electrică la fiecare punct de îmbinare.
La Fraunhofer ILT, cercetătorii utilizează fuziunea cu laser a pulberii (PBF-LB/M) pentru a ajusta porozitatea controlată, în loc să o evite. Astfel, zonele dense și permeabile se formează într-o singură piesă monolitică, cu tranziții clare sau graduale, fără a necesita prelucrare ulterioară.
În proiectul LPBFCells, finanțat de Ministerul Federal pentru Economie și Energie (BMWE), Fraunhofer ILT produce astfel stratul poros de transport (PTL) al unei celule de electroliză dintr-o singură piesă, în loc de straturi sinterizate suprapuse: cu rezistențe de contact mai mici, structură de flux integrată și structură de suport și o iterație semnificativ mai rapidă a noilor geometrie ale celulelor. Ca demonstrator, Fraunhofer ILT va prezenta la Formnext 2026 o celulă de electroliză cu PTL gradat din titan pur.
»Prin înțelegerea porozității ca un caracter de design, putem adapta structuri dense și permeabile în mod specific la funcția componentelor«, spune Alexander Neuke, cercetător la Fraunhofer ILT. »Acest lucru este deosebit de interesant pentru aplicațiile de hidrogen, cum ar fi electrolizoarele sau celulele de combustie, unde sunt necesare diferite porozități pe grosimea componentei. Dar văd, de asemenea, un mare potențial pentru filtre sau mașini turbomotoare.«
Componente care povestesc despre sine
Fabricarea aditivă se realizează strat cu strat, ceea ce permite accesul la zone care nu sunt accesibile într-o piesă finit. Acest lucru este folosit de Dr. Samuel Fink, lider de grup în procesele de peliculă subțire la Fraunhofer ILT. El integrează senzori direct în piesele LPBF, cum ar fi gabaritele de întindere imprimate. Straturile de senzori sunt realizate prin tehnici de imprimare cu jet de cerneală, jet de aerosol sau serigrafie; acestea pot fi aplicate în timpul sau după construcție și pot fi plasate cu precizie. Piesele inteligente astfel fabricate oferă, de exemplu, date în timp real despre sarcină, deformare sau formarea inițială a fisurilor.
La Formnext, institutul prezintă un demonstrator funcțional: o cheie cu șurub cu un senzor de deformare integrat, imprimat in-situ. Sub sarcină, senzorul încorporat oferă în timp real date despre deformare și distribuția tensiunii direct în componentă, protejat împotriva uzurii mecanice și a încărcărilor termice. Aceasta deschide posibilități pentru monitorizarea stării, întreținerea predictivă și o mai mare siguranță operațională pentru aplicații critice din punct de vedere al siguranței, în același timp reducând complexitatea sistemului, deoarece cablarea externă și punctele de măsurare sunt eliminate.
»Toți caută senzori aditivi, dar până acum lipsesc procesele robuste și eficiente și materialele potrivite«, explică Samuel Fink. »Cu Smart Wrench arătăm ce este deja posibil: senzorizarea furnizează date exact acolo unde contează cel mai mult în componentă. Acesta este un pas important pe calea către soluții de senzori aditivi cu adevărat apropiate de producția în serie.«
Fraunhofer ILT la Formnext la standul comun Fraunhofer D31 în hala 11.0.
Contact:
