Tehnologie de "printare 3D" a reperelor speciale

 

Autor:David H. Freedman, traducere si adaptare de Iulian Radu

Cu printarea 3D, fabricantii realizeaza produsele mai eficient si creaza unele care nu erau posibile anterior.
GE a realizat componente pentru motorul de avion utilizand un laser pentru a topi metalul in locuri bine delimitate, pornind dintr-un singur strat. Componentele motoarelor de avion trebuie sa faca fata unor forte si temperaturi extreme si totodata trebuie sa fie usoare pentru a economisi combustibil.

Clasic, un injector pentru amestecul de aer si combustibil in motorul de avion era obtinut prin sudarea a circa 20 de componente metalice. Inovatia pusa la punct de GE este de a realiza injectorul respectiv prin tehnologia printarii 3D (strat peste strat).
Pentru a face aceasta un laser traseaza forma transversala a injectorului intr-un depozit de pudra pe baza de cobalt-crom. Pudra metaliza expusa la radiatie capata forma solida formand pas cu pas peretii cavitatilor injectorului. Aceasta tehnologie pare a fi mai ieftina in comparatie cu cea traditionala, iar in plus componentele obtinute sunt mai usoare.

Aceste inovatii sunt in prim planul unor schimbari radicale privind tehnologiile de prelucrare cerute in domenii de varf precum industriile automotive si aerospatiala. Tehnicile de printare 3D pot nu doar sa eficientizeze productia de componente existente, ci chiar sa deschida calea pentru producerea unor obiecte care nu erau posibile pana acum: componente cu forme complexe, dimensiuni si greutati minime, dar cu rezistenta ceruta conform scopului utilizarii. Spre deosebire de procesele de prelucrare mecanica care face ca circa 90 % din materia prima sa fie transformata in deseuri de fabricatie, tehnologia 3D nu are practic deseuri de fabricatie. Aceast aspect este esential mai cu seama in situatia in care sunt prelucrate componente din metale foarte scumpe precum titan.
Tehnologia poate de asemenea reduce volumul stocurilor, deoarece in loc sa o pastrezi pe stoc este mai eficient sa "printezi" o componenta sau versiunea ei imbunatatita atunci cand ai nevoie de ea. Un alt exemplu, un producator din industria automotive caruia ii este semnalat un defect de fabricatie la un reper dintr-o masina, poate sa-l livreze in doar cateva zile direct catre dealerul care trebuie sa o inlocuiasca.

Producerea aditiva in straturi, ca baza a tehnologiei 3D, a aparut in anii '80 cand Charles Hull a lansat tehnica stereolitografiei, bazata pe solidificarea straturilor de rasini cu ajutorul laserului cu ultraviolete. Ulterior au fost perfectionate diferite metode de printare 3D adoptate in special de proiectantii care construiau prototipuri pentru noile lor proiecte sau de catre unii productorii care trebuiau sa realizeze componente unicat. Proiectele respective se realizau in programe de tip CAD si erau efectiv printate 3D in doar cateva ore.
Dezavantajele majore sunt inca folosirea unui set foarte limitat de materiale de baza si controlul de calitate discutabil. Totodata, anumite parti si repere simple se pot realiza intr-un timp mult mai scurt prin tehnici traditionale decat prin tehnologia 3D. Aceste aspecte au condus la o adoptare foarte redusa a tehnologiilor 3D in productia de scara larga de componente.
In prezent, nivelul tehnologic al metodei are insa un avans considerabil si de aceea unele piete de nisa (dispozitive medicale) au adoptat-o direct. Este de asteptat sa patrunda si in alte industrii cu o larga aplicativitate.

Dezvoltari posibile

Exista actualmente o serie de tehnici utilizate pentru "printarea" unui obiect solid folosind tehnica strat cu strat.
In sinterizare (procesul de agregarea unor pulberi metalice sau non-metalice fara topire), un strat subtire de metal sau thermoplastic sub forma de pulbere este expus la un laser sau fascicul de electroni care transforma zonele de material expuse dupa un model intr-o forma solida. Forma solidificata este acoperita cu un nou strat de pudra si se reia procesul de expunere, secvente care se repeta pana la realizare formei proiectate.
O alta metoda este cea prin care plastic sau metal topit este injectat printr-o duza care se deplaseaza dupa conturul proiectat al piesei, depunand pe acest contur strat peste strat. Alte tehnici de printare 3D folosesc adezivi pentru agregarea controlata a pudrei folosite. Principalul producator european din industria aerospatiala European Aeronautic Defense and Space Company (EADS) foloseste aceste tehnologii pentru a realiza componentele pentru sateliti din titan si intentioneaza sa dezvolte capacitati de productie pe scara larga pentru componente de avion.

Principalul promotor al tehnologiei pare a fi divizia de motoare de avion a companiei General Electric, care isi propune sa perfectioneze tehnologia pentru a fi utilizata pe scara larga. Pe langa realizare in straturi a injectoarelor de combustibil, GE utilizeaza tehnica sinterizarii cu laser pentru a realiza din titan repere de mare complexitate din componenta paletelor elicei.
La randul lor producatorii auto de lux (BMW si Bentley) folosesc tehnologia 3D pentru producerea unor componente pentru marci lor. Si alti producatori auto sunt interesati de tehnologie si experimenteaza posibilitate realizarii unor repere pe scara larga.

Provocari pentru tehnologia printarii 3D

Prima provocare este viteza de perfectionare a tehnologiei pentru a concura sustenabil tehnologiile traditionale de realizare a majoritatii tipurilor de repere si componente. In prezent, printarea 3D este competitiva pentru unele componente speciale si complexe, insa este surclasata de metodele clasice cand este vorba de realizare pe scara larga a reperelor uzuale folosite in diferite industrii.
Pentru moment exista o limitare in ce priveste materia prima (tipurile de pulberi metalice si non-metalice) care pot fi folosite de tehnologia printarii 3D. In metoda sinterizarii cu laser se folosesc pulberi din materiale cu proprietati foarte speciale: topirea sa fie imediata si localizata la atingerea fascicului laser, iar solidificarea extreme de rapida. Cererea actuala de pulberi fiind inca redusa face ca costul lor ca materii prime sa fie extrem ridicat, de 50-100 de ori mai mare decat costul materiei prime pentru realizarea aceluiasi reper prin tehnologie conventionala.

Perspectiva ar fi ca pe masura ce creste interesul pentru noile aplicatii, sa creasca si competitia dintre furnizori de echipamente si materii prime, ceea ce ar scadea si preturile lor. De asemenea o imbunatatire ar fi si extinderea paletei de materiale speciale folosite ca materie prima.

Domeniul: Tehnologii inovatoare, Materiale speciale,