3D-печать, особенно промышленные машины, обрабатывающие металлы, в настоящее время вызывают ажиотаж с точки зрения методов производства. В результате возникает один из вопросов: свидетельствует ли это об отходе от формообразующего мышления в пользу геометрической свободы компонентов, производимых с использованием аддитивного производства? Одной из компаний, которая изучает технологии и тенденции процесса лазерной плавки металлов для производственных целей, является Concept Laser, базирующаяся в Германии. Здесь представители 3DPI поговорили с доктором Флорианом Бехманном, руководителем отдела разработки Concept Laser, о текущем состоянии технологии, тенденциях и возможностях ближайшего будущего с их точки зрения.
3DPI: Concept Laser недавно открыла новый центр разработки промышленной 3D-печати в рамках своего расширения, можете ли вы рассказать нам об этом подробнее? ?
Dr. Флориан Бехманн: Промышленное применение 3D-печати или аддитивного производства в настоящее время буквально взрывается. Лазерное плавление металлов вызывает сильное восхищение, когда речь идет о компонентах будущего. Как технологический лидер, мы должны поддерживать этот рыночный процесс, внедряя инновации. Когда речь идет о сложных системах, мы должны обеспечить широкое взаимодействие между оптикой, дизайном, технологией управления, программным обеспечением и порошковым материалом. В нашем новом центре разработки мы с коллегами усиленно работаем над «дискретными инновациями», не предназначенными для оглашения широкой публике. Некоторые отрасли весьма чувствительны …
3DPI: Как мы поняли, вы не можете говорить о конкретных приложениях? Но не могли бы вы рассказать нам в целом о промышленных секторах?
Dr. Флориан Бехманн: Отрасли, которые определяют и продвигают этот процесс, включают автомобильную и медицинскую технику, а также аэрокосмическую промышленность. Эти драйверы технологий требуют высоких стандартов не только в отношении качества и выбора материалов, но и в отношении количественных аспектов, таких как повышение производительности. Эти клиенты требуют более коротких сроков строительства и большего количества деталей в одной сборочной камере. Мы разработали X line 1000R, которая в настоящее время имеет самую большую камеру сборки металла, для автомобильной промышленности. Переход от лазера мощностью 400 Вт к лазеру мощностью 1000 Вт является важной вехой в этом процессе. Он был разработан в тесном сотрудничестве со специалистами по лазерам из Института Фраунгофера. Цель состояла в том, чтобы разработать более быстрые и более доступные процессы. Одним из применений, которое мы имели в виду, была разработка двигателей для современных автомобилей, позволяющая сэкономить время.
3DPI: Вы также упомянули аэрокосмический сектор. Как в этой отрасли используется процесс 3D-печати с лазерным плавлением?
Dr. Флориан Бехманн: Аэрокосмический сектор также продвигает инновации. Здесь требуются высококачественные решения, в том числе использование реактивных материалов, таких как титан или сплавы на основе алюминия, которые можно производить надежно и с высоким качеством только в закрытой системе. В целом такие пользователи, как следующие, убеждены, что этот процесс будет становиться все более и более устоявшимся: НАСА, Немецкий аэрокосмический центр, Honeywell, Snecma, Aerojet/Rocketdyne и Astrium Space Transportation из группы EADS. Инженеры НАСА даже рассматривают возможность использования аддитивного производства для производства компонентов на МКС - на орбите. Преимуществом этого является возможность производить детали в космосе по данным САПР при наличии достаточного запаса порошка.
3DPI: Но это касается не только автомобильной и аэрокосмической промышленности, но и других секторов?
Dr. Флориан Бехманн: Конечно. Ведь варианты привлекательные. Подход, основанный на лазерной плавке, в настоящее время революционизирует медицинские технологии, например: традиционные технологические цепочки полностью переосмысливаются. Детали LaserCUSING востребованы для имплантатов, так как их пористая поверхность хорошо прилегает к телу, но при этом обеспечивает необходимую эластичность. Одним из растущих применений, которое мы заметили, является доступное и быстрое производство зубных протезов из биосовместимых материалов. Это легко адаптируемые, долговечные стоматологические решения вместо зубных протезов, которые необходимо изготавливать вручную с большими усилиями и длительными сроками изготовления.
Этот процесс также удобен для модернизации оборудования в энергетическом секторе: изношенные детали турбины можно быстро и недорого регенерировать. Этот вид применения актуален в энергетическом машиностроении и авиастроении. С помощью этой гибридной техники слои одного и того же материала могут быть дополнительно нанесены на существующую деталь. В дополнение к регенерации также производятся новые целые детали для применения в турбинной технике. LaserCUSING также позволяет интегрировать такие функции, как каналы охлаждения, которые повышают производительность компонентов. Оффшорная индустрия рассматривает возможность установки на буровых платформах систем лазерной плавки, что позволит самостоятельно производить определенные компоненты на месте. Технология не привязана к определенному месту и может работать локально.
3DPI: Наблюдаете ли вы какие-либо заметные тенденции в отношении географических регионов?
Dr. Флориан Бекманн: Как и следовало ожидать, США проявляют большой интерес, могу сказать, что в этом регионе используется много капитала и кадровых ресурсов. Инженеры и студенты местных университетов очарованы возможностями лазерной плавки. Американцы считаются творческими людьми, верящими в прогресс и обладающими необходимым драйвом. К сожалению, у нас пока мало контактов с аэрокосмической промышленностью Китая. В настоящее время мы находимся за пределами этого рынка. Но это не значит, что так должно оставаться. Мы, европейцы, можем предоставить свои исследовательские и машиностроительные возможности в основном в США и Европе. В Европе ЕС продвигает этот процесс через такие проекты, как AMAZE, благодаря твердой вере в устойчивость процесса и высокий уровень инноваций.
3DPI: Экологичность - один из главных вопросов современности. Что в настоящее время думает компания Concept Laser с точки зрения защиты окружающей среды?
Dr. Флориан Бехманн: Процесс лазерной плавки очень устойчив: с одной стороны, благодаря локализованным производственным возможностям, которые снижают сложность логистики, а с другой, потому что процесс сокращает количество требуемого материала.. Также отсутствуют выбросы масла или охлаждающей жидкости, как часто бывает в машиностроительных процессах. Можно использовать даже остаточное тепло. Лазер мощностью 1000 Вт производит около 4 кВт тепла, которое может быть использовано системами здания, если его направить в контур охлаждающей воды. Есть веские причины, по которым лазерная плавка считается экологически чистой технологией.
3DPI: Как Concept Laser вписывается в ландшафт 3D-печати с учетом доступных сегодня настольных 3D-принтеров?
Dr. Флориан Бехманн: Существует множество аддитивных процессов, предлагающих пользователям различные варианты. Но чтобы оставаться серьезным: мы должны различать потребительские и промышленные приложения. Производить блоки Lego самостоятельно из пластика с помощью 3D-печати скоро станет реальным. Однако спектр материалов и область применения для обычных людей останутся весьма ограниченными. Производство запасных частей для старинных автомобилей или автомобилей в целом, безусловно, также возможно, но это опять-таки промышленное применение. В Concept Laser мы всегда ориентируемся на чисто промышленные решения с особыми стандартами качества и требованиями к материалам, включая сертификацию материалов и процессов. Некоторые промышленные приложения никогда не будут подходящими для потребителей, для начала промышленные машины будут слишком тяжелыми для стола; здесь, в Concept Laser, мы полностью ориентируемся на современные методы обработки металлов в производственных условиях.
3DPI: Что отличает вашу технологию/процесс от других подобных процессов?
Dr. Флориан Бехманн: Наши модули управления качеством, безусловно, являются важной отличительной чертой для нас и наших клиентов. Я бы также упомянул разделение камеры сборки и зоны обработки, что характерно для продуктов Concept Laser; это обеспечивает максимальную безопасность труда и эргономику. Наша автоматизированная транспортировка порошка в контейнерах также практична. Работа с материалами в закрытой системе имеет много преимуществ. Это важно для безопасности, а также для предотвращения загрязнения, например, кислородом. Безопасность очень важна для нас. Мы очень добросовестно соблюдаем директиву ATEX ЕС. Я бы еще отметил интерфейсы с производственной средой, например доступность крана для строительных плит весом до 80 кг. Это удобно оператору. Некоторые детали также интересны: например, замена фильтров в процессах с использованием реактивных материалов, таких как титан. Загрязненный фильтр промывается водой, а затем его содержимое утилизируется безопасным для окружающей среды способом.
3DPI: Какие еще тенденции вы видите в будущем для промышленной лазерной плавки?
Dr. Флориан Бехманн: Сфера применения растет, а значит, расширяется и ассортимент материалов. Для этого нужны сильные консалтинговые услуги, которые мы должны предоставить рынку. Система также должна неоднократно корректироваться, чтобы приспособиться к этим новым материалам. В то же время требования к конструкции компонентов также становятся все более жесткими. Это варьируется от легкой конструкции и в основном структур из пенопласта до функциональной интеграции, такой как технология охлаждения в компонентах. Это очень интересно для нас, поскольку определенные разработки становятся возможными за пределами одного сектора благодаря эффектам мультипликации. Другим аспектом является растущее значение качества среди пользователей. Клиенты ожидают активного мониторинга процесса и возможности серийного производства, под которыми я подразумеваю воспроизводимость на промышленном уровне.
3DPI: Вы упомянули качество, это важное требование, можете рассказать подробнее?
Д-р Флориан Бекманн: С точки зрения клиента, в настоящее время это самая важная область. Заказчиков интересует геометрия, плотность, производительность и, прежде всего, качество. Здесь целесообразны два подхода: активный контроль процесса с использованием машинной техники и разработка материалов. Это включает в себя сертификацию материалов, например, в медицинской технике, или специальные инструкции производителя, которые должны соблюдаться в автомобильной и аэрокосмической отраслях.
3DPI: Что конкретно означает качество для машиностроения?
Dr. Флориан Бехманн: Прежде всего, это взаимодействие в системе оптики, механики, технологии управления и программного обеспечения, о котором я упоминал в начале. Однако ключевые факторы находятся во всестороннем контроле качества. Активный контроль качества означает проверку, сравнение, анализ и оценку данных процесса в режиме реального времени. Мы постоянно совершенствуем наш запатентованный модуль управления качеством, чтобы установить стандарты качества прогнозирования и работоспособности, а также влиять на текущий процесс строительства.
3DPI: Не могли бы вы рассказать нам немного больше об этом модуле QM?
Dr. Флориан Бехманн: Здесь используются два подхода: первый - QMmeltpool, а второй - QMcoating. QMmeltpool означает, что система использует камеру и фотодиод для записи сигналов во время лазерного процесса. Затем эти данные можно сравнить с эталонными значениями. Оптическая система спроектирована коаксиально. Это позволяет камере записывать очень маленькую площадь плавильного бассейна ок. 1×1 мм². Другими словами, он делает очень детализированное изображение. Он может обнаруживать ухудшение работы лазера из-за загрязнения линзы F-theta или вызванное естественным старением лазера, а также отклонения в коэффициенте дозирования. Второй подход - модуль QMcoating, обеспечивающий использование оптимального количества порошка. Поскольку используется только то, что необходимо, экономится порошковый материал - до 25 % - а также сокращается время настройки. QMcoating контролирует поверхность слоя во время нанесения порошка. Если дозируется слишком мало или слишком много порошка, коэффициент дозирования соответствующим образом корректируется и активно противодействует в режиме реального времени. Два модуля QM контролируют и документируют процесс, тем самым обеспечивая воспроизводимое качество.
3DPI: Можете ли вы рассказать нам что-нибудь о том, что ожидает от Concept Laser в будущем?
Dr. Флориан Бехманн: В области анализа сигналов процесса в целом, также известного как «карта компонентов». 2D-карты создаются в процессе строительства и в конечном итоге должны быть представлены в 3D-моделях. Это сравнимо с изображениями, полученными при КТ, то есть компьютерной томографии, знакомой из медицинских технологий. Этот режим визуализации и возможности повысят прозрачность процесса и зафиксируют компонент в его структурной целостности. Прозрачность в очень динамичном, быстром процессе, который операторы могут освоить только с помощью специальных приспособлений. Еще один момент - скорость сборки компонентов. Это занимает первое место в списках пожеланий клиентов. Есть два метода: с одной стороны, более высокая мощность лазера, например, в линии X 1000R (т. е. переход от 400-ваттного лазера к 1000-ваттному лазеру), а с другой стороны, использование нескольких лазеров. Несколько лазерных источников смогут значительно увеличить скорость сборки в будущем, хотя преимущество использования знакомых параметров процесса необходимо сопоставлять с возрастающей сложностью оптической схемы. Эти концепции подразумевают умножение не только самих лазеров, но и большинства других оптических компонентов.