Priedų gamyba (AM), dar žinoma kaip 3D spausdinimas, sparčiai auga – apie 20 % kasmet. Tačiau iki šiol inžinieriai turėjo ribotas galimybes spausdinti iš nerūdijančiojo plieno, nes miltelių pavidalu buvo prieinamos tik kelios šio metalo rūšys. Šią rinkos spragą dabar užpildo „Outokumpu“, pasiūlydama platesnį nerūdijančiojo plieno miltelių asortimentą.

Priedų gamyba leidžia inžinieriams greitai gaminti individualius arba mažos apimties komponentus be specialių įrankių. Dirbant su metalais, 3D spausdintuvai sluoksniais paskleidžia ploną metalo miltelių sluoksnį ir sulydina jį lazeriu, taip formuodami gaminį. Šią techniką galima naudoti su bet kuriuo metalo lydiniu, tačiau nerūdijantis plienas ir nikelio lydiniai yra ypač patrauklūs dėl savo atsparumo korozijai ir gerų mechaninių savybių.

„Naudojant miltelius kaip žaliavą, galima atspausdinti itin sudėtingus, individualizuotus gaminius, kuriuos būtų sunku arba brangu pagaminti tradiciniais gamybos būdais“, – sako Andoni Sanchez-Valverde Erice, „Outokumpu Metal Powder“ pardavimų ir mokslinių tyrimų bei plėtros inžinierius.

„Tačiau priedų gamybos įmonėms svarbu turėti pasirinkimą lydinių atžvilgiu, nes skirtingoms sritims reikalingos skirtingos plieno rūšys. Keičiant legiruojančių elementų, tokių kaip chromas ir nikelis, tipą ir kiekį, galima išgauti įvairias nerūdijančiojo plieno rūšis. Tai suteikia lankstumo aplinkoms, kuriose gali būti koroziją sukeliančių druskų, rūgščių, šarmų, chloridų ar sudėtingų biocheminių junginių.

„Parinkdami tinkamą plieno rūšį pagal eksploatavimo sąlygas, inžinieriai gali kurti ilgaamžius ir atsparius komponentus tokioms pramonės šakoms kaip aviacijos, sveikatos priežiūros, naftos ir dujų bei automobilių sektoriai.

„Tikime, kad tai atvers naujas galimybes gaminti aukštos kokybės komponentus. Todėl prognozuojame, kad iki 2027 m. nerūdijantis plienas taps dažniausiai naudojama žaliava AM pramonėje.“

Miltelių gamybos gamykla Krefelde

„Mes pradėjome gaminti nerūdijančiojo plieno miltelius savo atomizacijos gamykloje Krefelde, Vokietijoje, 2023 m. kovo mėn. Kadangi ši gamykla yra šalia mūsų valcavimo cecho, turime galimybę naudoti valcavimo atliekas aukštos kokybės nerūdijančiojo plieno miltelių gamybai 3D spausdintuvams. Tai padeda siekti mūsų tvarumo tikslų, nes perdirbame medžiagas, kurios kitu atveju taptų metalo laužu, ir mažiname transporto išmetamųjų teršalų kiekį“, – sako Andoni Sanchez-Valverde Erice.

„Gamybai galime naudoti bet kurią nerūdijančiojo plieno rūšį, apdorojamą mūsų valcavimo ceche, arba įsigyti aukštos kokybės metalo laužą iš išorės, kad pagamintume platų nerūdijančiojo plieno ir nikelio lydinių miltelių asortimentą. Tai suteikia priedų gamintojams didesnį lydinių pasirinkimą 3D spausdinimui, kuriant komponentus sudėtingoms pramonės reikmėms.“

Miltelių kokybė yra tokia pat svarbi kaip ir jų cheminė sudėtis. Kad būtų pasiekti geriausi rezultatai, 3D spausdintuvams reikalingi milteliai, sudaryti iš reguliarių, sferinės formos dalelių. Tai užtikrina gerą miltelių tekėjimą ir tolygų sluoksnių formavimąsi su minimaliomis defektų galimybėmis, kurios galėtų tapti korozijos pradžia.

Griežtai kontroliuodami kokybę, gaminame miltelius, leidžiančius pasiekti iki 99,9 % tankį. Dėl to 3D spausdinti komponentai pasižymi vienodomis savybėmis, tokiomis kaip tempiamasis stipris ir pagerinta paviršiaus kokybė. Tai sumažina papildomo apdorojimo poreikį, pavyzdžiui, terminio apdorojimo, karštojo izostatinio presavimo ar poliravimo.

„Ši gamykla turi potencialą aptarnauti dvi klientų grupes. Pirmoji – įmonės, kurios jau dirba su nerūdijančiuoju plienu, tačiau dar nėra išbandžiusios priedų gamybos. Antroji – klientai, kurie turi patirties priedų gamyboje, bet nori naudoti aukštesnio legiravimo nerūdijančiojo plieno rūšis ir dirbti tvariau.“

3D spausdinimo tvarumas

„Outokumpu“ šiuo metu dalyvauja dviejuose projektuose, susijusiuose su priedų gamybos (AM) tvarumu. Vienas iš jų – pirmojo komerciškai prieinamo martensitinio nerūdijančiojo plieno miltelių kūrimas. Šie milteliai užtikrins didelį tvirtumą ir kietumą, leisdami gaminti lengvus komponentus, kurie ilgai tarnaus specialiose srityse. Lengvesnių konstrukcijų privalumas yra tas, kad kuo mažesnis dalių svoris, tuo mažiau energijos joms reikia eksploatacijos metu. Be to, jų gamybai reikia mažiau žaliavų ir energijos.

Taip pat atliekame gyvavimo ciklo vertinimą (LCA) 3D spausdinimui su mūsų lydiniais. Šis vertinimas apims kiekvieną etapą – nuo miltelių gamybos iki spausdinimo ir papildomo apdorojimo. Tai leis inžinieriams palyginti 3D spausdinimo ir tradicinės gamybos CO₂ emisijas.

Kito projekto metu, vykdomo Suomijoje, kuriame nikelio neturinčius miltelius, skirtus sritims, kuriose kyla alerginių reakcijų pavojus. Šis projektas taip pat apims gyvavimo ciklo vertinimą, siekiant nustatyti aplinkosauginius privalumus, palyginti su tradiciniais lydiniais.

Atsargų optimizavimas

Kita priedų gamybos (AM) teikiama galimybė – išlaidų ir atsarginių dalių pristatymo terminų mažinimas.

Šiandien pramonės įmonės laiko didelius atsarginių dalių ir komponentų sandėlius, kad galėtų pakeisti kritinę įrangą, kuri gali staiga sugesti. Tačiau toks atsargų kaupimas reiškia užšaldytą kapitalą ir išteklius, kurie gali niekada nebūti panaudoti.

Naudojant 3D spausdinimą metalinių komponentų gamybai pagal poreikį, įmonės galėtų sumažinti sandėliavimo poreikį ir atlaisvinti finansinius išteklius, tuo pačiu išlaikydamos kontrolę dėl galimo prastovų rizikos. Be to, 3D spausdinimas leidžia gaminti individualizuotas atsargines dalis senesnei įrangai, taip prailginant jos eksploatavimo laiką.

„Šis metodas jau yra plačiai taikomas kuriant ir tobulinant prototipus produktų vystymo procese – 3D spausdinimas padeda sutrumpinti patekimą į rinką. Jis gali būti naudingas net kosmose, leidžiant astronautams vietoje gaminti atsargines dalis orbitiniuose laivuose, taip sumažinant atsarginių komponentų gabenimo į kosmosą svorį ir išlaidas“, – sako Andoni Sanchez-Valverde Erice.

Gamybos plėtra

Iki tol, kol mūsų atomizacijos įrenginys pradėjo veikti 2023 m. kovo mėn., dauguma rinkoje prieinamų nerūdijančiojo plieno miltelių buvo pagaminti iš plačiai naudojamų rūšių, tokių kaip 17-4PH ar 316L. Buvo įmanoma įsigyti miltelių ir iš aukštos kokybės nikelio lydinių, pasižyminčių puikiu atsparumu korozijai, tačiau jų trūkumas – itin didelė kaina.

Tai paliko didelę spragą vidutinės kainos segmente – lydiniams, kurie turi geras eksploatacines savybes, bet yra prieinamesni. Padarydami šiuos lydinius prieinamus miltelių pavidalu, mes kuriame naujas galimybes inžinerijos ir pramonės dizaineriams tyrinėti 3D spausdinimo potencialą įvairiose srityse.

Turėdami iki 300 tonų per metus siekiantį gamybos pajėgumą, esame pasirengę naujai 3D gamybos erai.

 

Šaltinis: https://bssa.org.uk/stainless-steel-powders-add-a-layer-of-opportunity-for-3d-printing/