3D štampa (takođe poznata kao aditivna proizvodnja) proizvodi dijelove iz digitalnih modela korištenjem sloj-po-sloj metode građevnog materijala. 3D štampa se široko koristi za proizvodnju polimera, metala, betona i hidrogelova. Metal AM može proizvesti široku paletu metala, ali aluminij AM se koristi za razvoj dijelova posebno za zrakoplovnu i automobilsku industriju.
Posebno je proizvodnja metalnih aditiva dobila veliku pažnju zbog svojih prednosti u odnosu na tradicionalne metode proizvodnje kao što su lijevanje, oblikovanje i strojna obrada.
Proizvodnja metalnih aditiva koristi se u vazduhoplovnoj, naftnoj i gasnoj, pomorskoj i automobilskoj industriji zbog prednosti kao što su sloboda dizajna delova, složenost delova, mala težina, integracija delova i funkcionalni dizajn. Osim toga, aditivna proizvodnja je tehnika proizvodnje bez alata koja može proizvesti potpuno guste metalne predmete s visokom preciznošću za manje vremena.
Metode koje se koriste u 3D štampanju aluminijuma
Laser Powder Bed Fusion (LPBF) je metoda za 3D štampanje aluminijuma sa većom završnom obradom površine i visokom preciznošću. Proces počinje lokalnim topljenjem materijala pomoću snažnog lasera, koji zatim formira kontinuirani sloj očvrslog metala. U ovoj tehnici, nosač materijala i dijela se generišu istovremeno i na osnovu svojstava legure na bazi aluminijuma, procesni parametri se mogu modifikovati kako bi se podesila poroznost, mikrostruktura i konačna svojstva materijala.
Fuzija u sloju praha elektronskim snopom je metoda slična LPBF-u u kojoj se elektronski snop koristi za učvršćivanje metalnog praha. Zbog visoke temperature obrade elektronskog snopa, monosloj 3D štampanog dijela se postepeno hladi, što rezultira grubljom mikrostrukturom u odnosu na LPBF.
AlSi10Mg je legura aluminijuma koja se obično koristi u 3D štampanju aluminijumskih industrijskih aplikacija. Njegove prednosti su visoka čvrstoća, žilavost, dinamička masa, poboljšana termička svojstva i mogućnost izgradnje.
AlSi7Mg je još jedna legura čelika visoke čvrstoće koja se koristi u strukturnim komponentama u zrakoplovnoj, odbrambenoj i automobilskoj industriji. Glavne prednosti 3D štampanog AlSi7Mg su njegova mala težina, otpornost na koroziju i visoka dinamička nosivost.
Osim toga, određene studije su pokazale uspješno štampanje Al6061 i Al7075, za koje se ranije smatralo da nisu kompatibilni s metodama proizvodnje metalnih aditiva.
Najnovija istraživanja u 3D štampanju aluminijuma
U nedavnoj studiji objavljenoj u časopisu Ceramics, istraživači u Kini štampali su Al2O3 keramiku vezanu za aluminijum fosfat koristeći metodu direktnog pisanja mastilom. Njihov glavni nalaz je bio da je Al2O3 keramika pokazala ultra-nisko dimenzionalno skupljanje zbog dodavanja neorganskih veziva.
Nedavna istraživanja su istraživala 3D štampane aluminijumske kompozitne sendvič strukture za vazduhoplovnu industriju. 3D štampanje kompozitnih sendvič struktura može poboljšati održivost i fleksibilnost proizvodnje u vazduhoplovnoj industriji.
Dodavanje nanomaterijala aluminijumu je takođe najnovija tema istraživanja u 3D štampanju metala. Nanomaterijali su poboljšali mehanička i termička svojstva 3D štampanog aluminijuma, a fuzija nanočestica tokom procesa 3D štampanja poboljšala je performanse 3D štampanog aluminijuma.
Prednosti aluminijumske 3D štampe
Prednost 3D štampe aluminijuma je u tome što se mehanička svojstva aluminijuma mogu promeniti promenom mikrostrukture i unutrašnje raspodele sile. Istraživanje 3D štampanja aluminijuma takođe je pokazalo uštedu materijala u poređenju sa tradicionalnim metodama. Industrije visoke tehnologije koje koriste proizvodnju metalnih aditiva pokazale su bržu proizvodnju složenih dijelova, veću čvrstoću materijala i prednosti u duktilnosti u odnosu na tradicionalne metode.
Proizvodnja aluminijskih aditiva također omogućava proizvodnju visoko optimiziranih struktura koje bi inače bile skupe, dugotrajne ili čak nemoguće za proizvodnju tradicionalnim metodama proizvodnje. Dodatno, 3D štampani aluminijski dijelovi mogu se koristiti s drugim dijelovima za stvaranje hibridnih struktura.
Koristeći aluminijumsku 3D štampu, takođe je moguće proizvesti strukturne delove sa svojstvima apsorpcije energije i svojstvima unutrašnjeg ojačanja. Nadalje, neželjena zaostala naprezanja nastala u konstrukcijskim primjenama mogu se pretvoriti u povoljna prednaprezanja.
Izazovi i budući obim 3D štampe aluminijuma
Ostaju značajni izazovi u aluminijumskom 3D štampanju za različite industrijske primene. U nekim slučajevima, 3D štampanje aluminijuma je skuplje od tradicionalnih metoda proizvodnje. U metalnoj 3D štampi, postojeće metode dizajna moraju se modificirati kako bi se prilagodile promjenama svojstava materijala i promjenjive geometrije.
Tehnologija proizvodnje metalnih aditiva treba biti više standardizirana, a nove procedure osiguranja kvalitete moraju se implementirati kako bi se osiguralo da su proizvedeni dijelovi pouzdani tokom svog životnog ciklusa. Sve dok se ovi tehnički i industrijski izazovi rješavaju, aluminijska 3D štampa ima veliki potencijal za primjenu u različitim industrijama.