1. Introducere în imprimarea 3D a metalelor și în tehnologia DED

Fabricarea aditivă a metalelor (AM) a revoluționat fabricarea tradițională, permițând producerea de structuri complexe de înaltă performanță, imposibil de realizat anterior. Ea a deschis, de asemenea, noi căi pentru dezvoltarea de aliaje inovatoare, în special superaliaje. Dezvoltarea de materiale metalice avansate cu ajutorul tehnologiei de imprimare 3D a obținut o recunoaștere academică semnificativă, numeroase rezultate importante ale cercetării fiind publicate în reviste de top, cum ar fi Știință și Natura.

2. Dezvoltarea superaliajelor tradiționale: Provocări tehnice

Superaliajele trebuie să posede o combinație de rezistență ridicată, rezistență excelentă la căldură și rezistență remarcabilă la coroziune, ceea ce necesită un control precis asupra compoziției aliajului. Metodele tradiționale de fabricație se confruntă cu mai multe provocări:

• Complexitatea controlului procesului: Fabricarea superaliajelor implică condiții extreme, cum ar fi temperaturi și presiuni ridicate, care necesită un control precis asupra parametrilor precum temperatura, timpul și presiunea.
• Limitări ale preciziei de fabricație: În timp ce tehnologiile moderne de învățare automată pot proiecta superaliaje cu rapoarte complexe de elemente și microstructuri, tehnicile tradiționale de fabricație se luptă pentru a obține precizia necesară în compoziție și controlul microstructurii.
• Costul și eficiența dezvoltării: Procesul de încercare și eroare, consumul de materiale și ciclurile lungi de dezvoltare fac ca tehnologiile tradiționale de fabricație să fie mai puțin eficiente și mai costisitoare.

3. Descoperire revoluționară cu tehnologia DED

Profesorul Chinnapat Panwisawas, fost cercetător principal la Universitatea din Oxford, a subliniat că imprimarea 3D a metalelor, în special tehnologia DED (Directed Energy Deposition), a devenit o tehnică perturbatoare pentru dezvoltarea superaliajelor.

Avantajele principale ale tehnologiei DED includ:

• Flexibilitate multi-material: DED poate furniza simultan materiale sub formă de pulbere și sârmă, permițând schimbări dinamice de material în timpul procesului de imprimare.
• Materiale gradate funcțional: DED este deosebit de potrivit pentru crearea de materiale gradate funcțional, în care compoziția se modifică continuu pe tot parcursul piesei.
• Controlul proceselor în timp real: Parametrii precum viteza de alimentare, aportul de energie și calea de depunere pot fi ajustați în timp real, permițând reglarea fină a proprietăților materialului.

Studii de caz de succes:
În 2023, echipa condusă de profesorul Ma de la Melbourne Polytechnic a dezvoltat un aliaj de titan de înaltă rezistență folosind tehnologia DED, rezultatele fiind publicate în Natura. Echipa de cercetare a utilizat tehnologia DED cu laser combinată cu pulbere comercială de titan pur, pulbere de fier atomizată cu apă și pulbere de TiO2. Studiul a reușit să coreleze procesul de fabricație cu microstructura și performanța noului aliaj.

Centrul de cercetare Glenn al NASA a confirmat, de asemenea, că combinarea științei computaționale cu tehnologia de imprimare 3D ar putea reduce ciclurile de dezvoltare a materialelor de la ani la săptămâni sau luni.

4. Capul de depunere: nucleul tehnologiei DED

Capul de depunere din tehnologia DED joacă un rol esențial în dezvoltarea de noi materiale. Acesta formează un bazin topit folosind surse de căldură cu laser, plasmă sau fascicul de electroni și depune materialele sub formă de pulbere sau sârmă. Materialul este depus strat cu strat pentru a crea structuri complexe. Capul de depunere controlează cu precizie procesul de topire și depunere, permițând un control fin asupra microstructurii și performanței materialului.

5. Inovații naționale în tehnologia DED

În 2024, Greenstone-Tech, în colaborare cu Universitatea de Știință și Tehnologie din Nanjing, a dezvoltat o tehnologie revoluționară de depunere a energiei dirijate cu laser coaxial integrat cu mai multe fascicule, care combină 13 ani de experiență în fabricarea aditivă cu arc. Această nouă direcție în tehnologia DED - sistem hardware hibrid coaxial multi-laser-arc-reprezintă o descoperire globală.

Puncte forte ale inovării:

• Tehnologie multi-compozit: Combină 6 module laser independente cu o sursă de căldură cu arc pentru un control îmbunătățit.
• Livrarea simultană de pulbere și sârmă: Permite alimentarea sincronizată cu pulbere și sârmă pentru o depunere îmbunătățită a materialului.
• Sistem dublu de protecție a gazelor: Asigură protecția eficientă a materialului în timpul depunerii.

Inovații în pregătirea materialelor:

• Control precis al compoziției: Controlul independent al sistemelor de alimentare cu sârmă și pulbere asigură o compoziție precisă a materialului.
• Fabricarea la capacitate mare: Permite producția rapidă de cantități mari de materiale cu compoziție sau gradient diferit.
• Aliaj in situ: Permite formarea directă a aliajului în timpul procesului de imprimare, eliminând necesitatea tratamentului termic post-procesare.
• Fabricarea materialului gradient: Permite crearea de materiale cu compoziții de gradient continuu.
• Materiale nano îmbunătățite: Asigură dispersia uniformă a nanoparticulelor, îmbunătățind performanța materialului.

Avantajele procesului:

• Simplifică procesul de fabricație și crește eficiența producției.
• Reducerea costurilor de fabricație și accelerarea comercializării.
• Îmbunătățește compatibilitatea materialelor și precizia fabricației.

6. Perspective tehnologice

Pe măsură ce tehnologia de imprimare 3D hibridă multi-laser/arc, multi-mode coaxială continuă să evolueze, este de așteptat să introducă noi aliaje și materiale compozite cu combinații de performanță fără precedent, inclusiv rezistență mai mare, rezistență superioară la uzură și coroziune și stabilitate termică excelentă. Greenstone-Tech se angajează să avanseze în dezvoltarea inteligentă și automatizată a acestei tehnologii, să ofere soluții mai flexibile și mai eficiente pentru pregătirea materialelor și industriile de producție și să răspundă rapid cererilor pieței.