Mae myfyrwyr yn ETH Zurich wedi datblygu peiriant ymasiad gwely powdr laser sy'n dilyn llwybr offer crwn i argraffu cydrannau crwn, sy'n caniatáu prosesu metelau lluosog ar unwaith. Mae'r system yn lleihau amser gweithgynhyrchu yn sylweddol ac yn agor posibiliadau newydd ar gyfer awyrofod a diwydiant. Mae ETH wedi ffeilio cais patent ar gyfer y peiriant, a chyhoeddir y canlyniadau yn yAnnals CIRP.
Heddiw, mae bron pob peiriant rocedi modern yn dibynnu ar argraffu 3D i wneud y mwyaf o'u perfformiad gyda chyplu tynn rhwng strwythur a swyddogaeth. Mae myfyrwyr yn ETH Zurich bellach wedi adeiladu - cyflymder aml - argraffydd metel deunydd: peiriant ymasiad gwely powdr laser sy'n cylchdroi'r dyddodiad powdr a'r ffroenellau llif nwy wrth iddo argraffu, sy'n golygu y gall brosesu sawl metel ar yr un pryd ar yr un pryd a heb amser marw proses. Yn sylfaenol, gallai'r peiriant newid argraffu 3D rhannau metel, gan arwain at ostyngiadau sylweddol yn yr amser cynhyrchu a chost.
Datblygodd y tîm o chwe myfyriwr Baglor yn eu pumed a chweched semester y peiriant newydd yn y Lab Gweithgynhyrchu Uwch o dan arweiniad yr Athro ETH Markus Bambach a'r uwch wyddonydd Michael Tucker fel rhan o'r Prosiect Ffocws Rapture. Mewn naw mis yn unig, roedd y myfyrwyr yn sylweddoli, adeiladu a phrofi eu syniad. Mae'r peiriant wedi'i anelu'n arbennig at gymwysiadau mewn awyrofod sy'n cynnwys tua geometregau silindrog, megis nozzles roced a thyrbomachinery, ond mae hefyd o ddiddordeb eang ar gyfer peirianneg fecanyddol.
Darparu mynediad at dechnoleg uwch
Mae Tucker, arweinydd y prosiect, yn esbonio bod y prosiect wedi digwydd o her benodol iawn: datblygu bi - hylif - nofluniau roced tanwydd ar gyfer ARIS, menter gofod academaidd y Swistir, sy'n adeiladu ei rocedi ei hun gyda gweledigaethau o gyrraedd y gofod. O fewn yr ychydig flynyddoedd nesaf, nod Aris yw cyrraedd llinell Kármán - ffin y gofod a gydnabyddir yn rhyngwladol a osodwyd ar uchder o 100 cilomedr, y tu hwnt i'r awyrgylch yn rhy denau i gefnogi hedfan gan awyrennau heb yrru'n arbennig.
Er mwyn gwrthsefyll y gwres a'r pwysau dwys dros lansiad estynedig, yn ddelfrydol dylid gwneud nozzles roced o fetelau lluosog. Er enghraifft, gellir gwneud eu tu mewn o wres - yn cynnal copr gyda sianeli oeri integredig a'u tu allan i wres - aloi nicel gwrthsefyll. "I chwaraewyr bach fel ein tîm rocedi myfyrwyr, mae'r math hwn o dechnoleg ddeunydd aml - hyd yn hyn wedi bod yn rhy gymhleth ac yn rhy ddrud, gan ei roi allan o gyrraedd," meddai Tucker.
Argraffu 3D cylchdro
Mae calon y peiriant newydd yn blatfform cylchdroi sy'n galluogi proses argraffu cyflymder - uchel. Yn wahanol i beiriannau ymasiad gwely powdr laser hirsgwar confensiynol, lle mae'n rhaid rhoi haen newydd o bowdr ar ôl i bob haen gael ei thoddi, mae'r peiriant rapture yn gweithio nad yw - yn stopio diolch i'w blatfform cylchdroi. Mae hyn yn golygu bod powdr yn cael ei gymhwyso a'i asio gan y laser ar yr un pryd, sy'n gwella cynhyrchiant yn sylweddol. Mae hyn yn lleihau'r amser gweithgynhyrchu ar gyfer cydrannau silindrog o fwy na dwy ran o dair.
"Mae'r broses hon yn ddelfrydol ar gyfer nozzles rocedi, peiriannau cylchdroi a llawer o gydrannau eraill yn y diwydiant awyrofod," meddai Tucker. "Yn nodweddiadol mae ganddyn nhw ddiamedr mawr ond waliau tenau iawn," ychwanega. Er bod y peiriant hefyd yn gallu cynhyrchu - echelymmetrig neu hyd yn oed araeau o rannau, mae'r dull cylchdroi yn arbennig o effeithiol ar gyfer cynhyrchu'r geometreg hon yn union.
Argraffu dau fetel ar yr un pryd
Gall y peiriant cylchdroi brosesu dau fetel gwahanol mewn un llawdriniaeth. Mae angen sawl cam a llawer mwy o bowdr metel ar systemau confensiynol. Gan fod gwahanu ac adfer powdr cymysg yn parhau i fod yn her agored, heddiw mae llawer o'r powdr hwn yn dod yn wastraff. Mae'r dull newydd yn adneuo'r deunydd lle mae ei angen mewn gwirionedd yn y gydran, a thrwy hynny leihau gwastraff.
Mae'r peiriant yn cynnwys mecanwaith sy'n chwythu nwy anadweithiol dros yr ardal lle mae'r powdr yn cael ei asio. Mae hyn yn atal y gydran rhag ocsideiddio wrth iddo gael ei argraffu. Mae huddygl, poeri ac eraill gan gynhyrchion - yn cael eu tynnu'n systematig trwy allfa. "Ar y dechrau, gwnaethom danamcangyfrif i ba raddau y mae'r mecanwaith llif nwy yn effeithio ar ansawdd y cynnyrch," meddai Tucker. "Nawr rydyn ni'n gwybod ei fod yn hollbwysig." Diolch i bensaernïaeth gylchdroi'r peiriant sydd newydd ei ddatblygu, gellir rheoli'r amodau llif nwy lleol yn llawer tynnach na gyda pheiriant confensiynol.
Cydrannau wedi'u haddasu yn hytrach na safonol
Roedd y myfyrwyr yn wynebu nifer o heriau technegol wrth ddatblygu peiriant ymasiad gwely powdr laser newydd, ac roedd un ohonynt yn cynnwys cydamseru'r laser sganio gyda chylchdroi'r gilfach nwy a'r cyflenwad powdr. Yn ogystal, gan nad yw llawer o'r rhannau sydd eu hangen ar gyfer y peiriant ar gael yn fasnachol, dyluniodd y tîm eu rhai eu hunain. Mae'r rhain yn cynnwys cysylltiad rotatable ar gyfer y gilfach nwy a system sy'n ail -lenwi'r powdr yn awtomatig yn ystod y llawdriniaeth.
Serch hynny, mae'r tîm o fyfyrwyr wedi llwyddo i adeiladu peiriant sydd bron yn edrych yn barod i'w gymhwyso'n ddiwydiannol. I Tucker, roedd hwn yn un o uchafbwyntiau'r prosiect ffocws: "Mae'r ffaith bod tîm o fyfyrwyr wedi datblygu ac adeiladu peiriant gweithredu mewn naw mis yn eithaf rhyfeddol."
Potensial ar gyfer awyrofod, e - symudedd a mwy
Yn ogystal â chymwysiadau concrit ar gyfer ARIS ac ar gyfer y diwydiant awyrofod yn gyffredinol, mae'r tîm yn gweld cymwysiadau posib mewn sectorau eraill, megis mewn awyrennau a thyrbinau nwy, ac ar gyfer moduron trydan lle mae geometregau siâp cylch - yn norm. Oherwydd ei botensial masnachol newydd -deb ac aruthrol, cafodd cymhwysiad patent ei ffeilio gan ETH yn gorchuddio'r rotari aml - technoleg ymasiad gwely powdr laser deunydd, sydd wedi cael ei enwebu ers hynny ar gyfer Gwobr ETH Spark.
Mae gan y cydrannau a weithgynhyrchir hyd yn hyn gyda'r prototeip ddiamedr o hyd at 20 centimetr. Mae'r tîm ymchwil bellach yn edrych ar raddio'r broses i gyflymder uwch a diamedrau mwy, ac ar hyn o bryd maent yn chwilio am bartneriaid diwydiant i gydweithio â nhw i ddatblygu a defnyddio'r dechnoleg chwyldroadol hon ymhellach.
