Udoskonalone metody wytwarzania metalowych części 3D
Inspiracją dla finansowanego ze środków UE projektu DREAM(odnośnik otworzy się w nowym oknie) była konferencja „Fabryki przyszłości” zorganizowana w 2014 roku przez włoską prezydencję UE w Bolonii. Podczas konferencji rozwój technologii spiekania w złożu proszkowym (ang. powder bed fusion, PBF) został określony jako priorytet przemysłowy. Technologia PBF jest najnowocześniejszą metodą produkcji, która wykorzystuje drukarki 3D(odnośnik otworzy się w nowym oknie) do warstwowego nakładania materiału. Źródło ciepła, zwykle laser, jest stosowane do topienia proszkowego materiału i jego utrwalania, co umożliwia tworzenie złożonych, trójwymiarowych kształtów. Technika ta jest powszechnie stosowana w przemyśle motoryzacyjnym do produkcji części samochodowych, a w dziedzinie medycyny do tworzenia spersonalizowanych protez. „Kluczowym wyzwaniem omawianym na konferencji było przypadkowe mieszanie proszków metali”, wyjaśnia Elena Bassoli, koordynatorka projektu DREAM i profesor inżynierii na włoskim Uniwersytecie w Modenie i Reggio Emilia(odnośnik otworzy się w nowym oknie). „Dostrzegliśmy potrzebę zidentyfikowania i ilościowego ujęcia tego problemu, aby zwiększyć niezawodność technologii. Znalezienie nowych sposobów na usprawnienie procesu PBF mogłoby pomóc w produkcji lżejszych komponentów, o większej trwałości zmęczeniowej(odnośnik otworzy się w nowym oknie)”.
Usprawnianie procesów przemysłowych
Prace w ramach projektu DREAM rozpoczęły się w październiku 2016 roku i były skoncentrowane na technikach laserowego PBF komponentów tytanowych, aluminiowych i stalowych w branży protetycznej, przemyśle motoryzacyjnym i formowaniu przemysłowym. Celem było wprowadzenie ulepszeń takich jak redukcja masy, zwiększenie szybkości produkcji, redukcja kosztów materiałów i poprawa wydajności zmęczeniowej. Kluczem do realizacji było wdrożenie oprogramowania do sterowania maszyną do spiekania w złożu proszkowym. Zostało ono opracowane specjalnie w celu zarządzania wpływem ciepła lasera na niestabilność i zmęczenie materiału. „Zwróciliśmy szczególną uwagę na stosowane surowce, aby uniknąć zanieczyszczenia proszkiem i osiągnąć przemysłowo istotny poziom wydajności”, mówi Bassoli. „Każdy z procesów dla każdego materiału został następnie zatwierdzony i ustandaryzowany”.
Szybsza produkcja lżejszych elementów
Zakończony w grudniu 2019 roku projekt przyniósł imponujące rezultaty, takie jak produkcja lżejszych komponentów oraz zwiększenie wydajności procesu. „Udało nam się zredukować koszty produkcji i skrócić czas wytwarzania, jak i poprawić jakość surowych proszków metali poprzez opracowanie nowych procedur identyfikacji oraz ilościowego określania zanieczyszczeń krzyżowych”, opowiada Bassoli. W trakcie realizacji projektu opracowano także i pomyślnie przetestowano urządzenie do usuwania zanieczyszczeń z surowych proszków metali. Innowacje opracowane w ramach projektu DREAM zostały ostatecznie przetestowane w trzech testowych studiach przypadków użytkowników końcowych: aluminiowe elementy silnika były testowane przez włoskiego producenta samochodów Ferrari, tytanowe elementy protetyczne – przez Adler Ortho, a stalowe formy – przez włoską firmę Mold & Mold. „Dzięki przeprojektowaniu części do samochodu, jej masa została zmniejszona o 17 %”, tłumaczy Bassoli. „Wybrany przypadek testowy spełniał wszystkie wymagania konstrukcyjne narzucone przez użytkownika końcowego, takie jak sztywność, wytrzymałość i odporność na zmęczenie”. Na produkcję trzpienia udowego, elementu protetycznego(odnośnik otworzy się w nowym oknie) stosowanego w protezach stawu biodrowego, zużyto 13 % mniej materiału, dzięki czemu proteza stała się lżejsza i bardziej elastyczna. Natomiast producent form był w stanie osiągnąć bardziej efektywne chłodzenie przy znacznej redukcji kosztów podczas produkcji. „Jednym z głównych atutów tego projektu było zbudowanie konsorcjum, które angażowało wszystkich uczestników łańcucha wartości, począwszy od producenta surowców i maszyn aż po użytkownika końcowego”, mówi Bassoli. „Współpraca między partnerami była tak udana, że możemy teraz myśleć o kontynuowaniu naszych prac, a także o budowaniu relacji z myślą o przyszłych działaniach”.
