3D-печать металлических деталей из лома

Исследователи из Университета штата Нью-Мексико работают над методом 3D-печати металлом, который может помочь превращать металлолом в качественные металлические детали.

Чайтанья Махаджан, доцент кафедры промышленной инженерии NMSU, входит в число главных исследователей проекта. Грант почти на 3 млн долларов Национальный научный фонд США предоставил Рочестерскому технологическому институту.

Почему обычная 3D-печать металлом ограничена

Одна из ключевых проблем аддитивного производства — выпуск металлических деталей высокого качества в больших объемах без чрезмерных затрат и лишних отходов. Традиционная 3D-печать металлом часто остается медленной и дорогой, что сужает область ее практического применения.

По словам Махаджана, многие промышленные решения требуют специальных сферических металлических порошков. Такие материалы стоят дорого, имеют ограниченный срок хранения, впитывают влагу и могут создавать риски при транспортировке и хранении.

«Многие традиционные 3D-принтеры для печати металлом требуют использования высокоспециализированных, дорогостоящих и потенциально опасных сферических металлических порошков», — сказал Махаджан. «Эти порошки имеют ограниченный срок хранения, впитывают влагу и представляют серьезную опасность взрыва и вдыхания, что делает их невероятно сложными для транспортировки и хранения в суровых условиях».

Что меняет печать расплавленным металлом

Технология струйной печати расплавленным металлом основана на нанесении множества микрокапель расплава. Капли наслаиваются друг на друга и соединяются при охлаждении, формируя деталь.

В предлагаемом подходе материал расплавляют до этапа печати. Разделение плавления и нанесения должно ускорить производство и расширить выбор сырья. В том числе речь идет о недорогих и переработанных материалах, например алюминиевом ломе.

«Для меня превращение алюминиевого лома в высокоточные детали переосмысливает возможности аддитивного производства, — сказал Махаджан. — Этот проект демонстрирует, что будущее массового производства заключается в преодолении разрыва между принципами замкнутого цикла устойчивого развития и инженерными разработками нового поколения».

Зачем нужны несколько сопел

Еще одно ограничение существующих систем печати каплями расплавленного металла — использование одной печатающей форсунки. Это замедляет процесс, а засорение форсунки может останавливать производство.

Команда рассчитывает повысить темпы печати за счет нескольких сопел и методов моделирования, сохранив при этом качество деталей. Такой подход также позволяет напрямую использовать металлолом, превращая сырье, которое обычно считалось бы отходом, в функциональные компоненты.

Значение для цепочек поставок

Махаджан отмечает, что возможность перерабатывать металлолом в готовые детали важна как для коммерческих, так и для оборонных цепочек поставок. Если поставки материалов ограничены или затруднены, технология может помочь производить нужные компоненты по запросу.

«Возможность создавать экономически эффективные компоненты, напечатанные на 3D-принтере, будет иметь решающее значение при создании многокомпонентных интеллектуальных конструкций», — сказал Махаджан. «Это позволит производителям печатать встроенные проводные и информационные компоненты в конструкциях, устраняя вес и беспорядок традиционных внешних жгутов проводов».

Для Университета штата Нью-Мексико проект также означает развитие исследований в области аддитивного производства.

«Работа доктора Махаджана представляет собой пример передовых и значимых исследований, которые мы стремимся проводить в области промышленной инженерии», — сказал Хансук Сон, заведующий кафедрой промышленной инженерии NMSU и профессор, занимающий должность, учрежденную именем Накаямы. «Этот проект не только расширяет границы аддитивного производства, но и решает важнейшие проблемы устойчивого развития и устойчивости цепочки поставок. Мы гордимся тем, что NMSU играет ключевую роль в формировании будущего производства благодаря таким инновациям».

Фото Университета штата Нью-Мексико