W Centrum Szybkiego Prototypowania Wydziału Mechanicznego Politechniki Koszalińskiej trwają prace nad uruchomieniem procesu wytwarzania przyrostowego w technologii selektywnego stapiania laserowego z proszku tytanu.
Technologia przyrostowa jest ściśle związana ze znaną od kilkudziesięciu lat technologią wytwarzania części maszyn poprzez prasowanie proszków metali czy wykonywanie odlewów. Pozwala ona na wytwarzanie z metalu tak samo funkcjonalnych części, jak produkowane innymi metodami (frezowanie, odlewanie czy skrawanie). To, co ją od nich odróżnia, jest możliwość nadawania wytwarzanym częściom dowolnych kształtów. Tę zaletę produkcji przyrostowej wykorzystywano dotąd przy wytwarzaniu dzięki drukowi 3D elementów z tworzyw sztucznych. Teraz tę ideę zastosowano do wytwarzania elementów metalowych.
Jak przebiega produkcja? W urządzeniu rozprowadzana jest niewielka warstwa proszku metalu, który następnie w odpowiednich miejscach jest stapiany. W wyniku powtarzania tego procesu warstwa po warstwie następuje wytwarzanie wyrobu; stąd określenie – technologia przyrostowa. To elastyczny sposób produkcji (detal produkuje się w niewielkich seriach, można go modernizować w zależności od potrzeb). Samo wytworzenie części technologią przyrostową zajmuje sporo czasu. Jeśli jednak weźmie się pod uwagę to, że nie trzeba prowadzić żmudnych prac przygotowawczych (przygotowanie form), proces wytwarzania może okazać się krótki. Nie ma też strat materiału, co np. w przypadku wytwarzania ubytkowego (toczenie, skrawanie, frezowanie) może być problemem.
Do wytwarzania przyrostowego można wykorzystywać proszki różnych rodzajów metali: od stali chirurgicznej, poprzez tytan, po stopy aluminium. W Politechnice Koszalińskiej trwa właśnie optymalizacja procesu z użyciem proszku tytanu.
Tytan, dzięki swoim właściwościom mechanicznym i odporności korozyjnej, jest jednym z najczęściej stosowanych materiałów w przemyśle i medycynie – podkreśla dr hab. inż. Błażej Bałasz, prof. PK, prorektor ds. nauki i koordynator CSP.
Pierwszym krokiem jest przygotowanie modelu cyfrowego obiektu, który powinien zostać wytworzony poprzez zaprojektowanie go w odpowiednim narzędziu lub przeprowadzenie procesu inżynierii odwrotnej (przygotowanie modelu istniejącego urządzenia, które np. już nie jest wytwarzane). Dlatego istotnym elementem wyposażenia Centrum stał się skaner laserowy, który umożliwia bardzo dokładne i szybkie digitalizowanie obiektów i zamianę na model cyfrowy. Centrum posiada dwa urządzenia do wytwarzania przyrostowego wykorzystujące dwie różne metody wytwarzania. Pierwsza metoda to spiek laserowy. W urządzeniu rozprowadzana jest warstwa proszku, wiązka lasera spieka proszek w odpowiednich miejscach, dzięki czemu powstaje oczekiwany kształt. Działanie drugiego urządzenia oparte jest na tzw. metodzie binder jetting. W celu uzyskania gotowego wyrobu proszek metalowy warstwa po warstwie skleja się przy pomocy spoiwa, by po usunięciu nadmiaru spoiwa poddać go procesowi spiekania w piecu metalurgicznym.
Każda z tych metod ma inne przeznaczenie. Chcieliśmy, by przedsiębiorcy mogli dobrać do swoich zastosowań najbardziej odpowiednią – dodaje prof. Bałasz.
Co ważne, Centrum zostało wyposażone także w urządzenie do wytwarzania proszku metali. To unikalna aparatura, która w warunkach laboratoryjnych pozwala zamienić metal (np. w postaci drutu) w proszek, z którego potem, już w kolejnych etapach wytwarzania, można przygotować gotowy wyrób.
Dzięki temu będziemy mogli przeprowadzać badania w zakresie nowych materiałów i sprawdzać możliwość ich zastosowania przy wytwarzaniu określonych wyrobów – podkreśla prof. Błażej Bałasz. – Będziemy mogli przy tym modyfikować parametry – moc lasera, szybkość jego przesuwania, ułożenie przestrzenne wyrobów w trakcie drukowania. Wszystko to bowiem wpływa na efekt końcowy.
Wraz z nową technologią pojawiła się nowa metoda projektowania: projektowanie generatywne. Polega ono na tym, że ustalone na wstępie kształt i cechy wyrobu w wyniku kolejnych interakcji przekształca się tak, by wyrób spełniał postawione oczekiwania. Dzięki temu można uzyskać bardzo złożone kształty o zmiennych lokalnych właściwościach.
Centrum Szybkiego Prototypowania powstało na Wydziale Mechanicznym Politechniki Koszalińskiej dwa lata temu. Kosztowało ponad 3,5 mln zł. Jego misją jest prowadzenie badań naukowych i wsparcie przedsiębiorstw w rozwoju wdrażanych technologii.
Jako wyodrębniona jednostka Wydziału Mechanicznego jesteśmy ukierunkowani na rozwój działalności naukowej i wdrażanie nowych technologii wytwarzania poprzez transfer wiedzy do sektora przedsiębiorczości. CSP pełni rolę partnera sektora publicznego i prywatnego, a nasze działania skupiają się na rozwoju nauki i poprawie konkurencyjności przedsiębiorstw, poprzez zwiększenie ich wydajności dzięki nowym technologiom – wyjaśnia koordynator CSP.
W CSP prowadzone są działania związane z rozwojem innowacyjności przedsiębiorstw na drodze: zwiększania skłonności do innowacji we wszystkich wymiarach, czyli w zakresie produktów, procesów, marketingu, zarządzania i organizacji oraz promocji eksperymentowania, transferu technologii i komercjalizacji wiedzy.
MK, źródło: PK