ПОДПИСИ: Тина М. Джонсон

Последние достижения в Национальной лаборатории Оук-Ридж Министерства энергетики США показывают, что напечатанные на 3D-принтере металлические формы предлагают более быстрый, экономичный и гибкий подход к производству крупных композитных компонентов для серийного производства транспортных средств по сравнению с традиционными методами оснастки.

Исследование, проведенное в Производственном демонстрационном центре (MDF) в ORNL, подтверждает, что крупномасштабное аддитивное производство хорошо подходит для создания сложных металлических форм, а эффективность может ускорить внедрение легких композитных материалов в автомобильном секторе.

«Такого рода технологии могут помочь реиндустриализировать США и повысить их конкурентоспособность за счет создания более умных и быстрых способов создания основных инструментов», — сказал ведущий исследователь Анджей Ныч из группы ORNL по производственной робототехнике и контролю. «Это приближает нас к автоматизированному, интеллектуальному производственному процессу».

Традиционно металлические инструменты изготавливаются путем вычитания материала из больших кованых стальных блоков — процесс, который удаляет до 98% исходного материала, создает значительные отходы и часто занимает месяцы из-за задержек в цепочке поставок. В отличие от этого, аддитивное производство наносит металл слой за слоем, используя широко доступную сварочную проволоку в качестве сырья и сводя к минимуму отходы примерно до 10%.

Аддитивное производство также позволяет инженерам создавать более сложные геометрии пресс-форм, такие как внутренние каналы нагрева, которые было бы трудно достичь с помощью обычной обработки.

«Чем сложнее форма, тем более ценным становится аддитивное производство», — сказал Ныч.

Исследовательская группа сотрудничала с компанией Collaborative Composites Solutions, или CCS, оператором IACMI – Института композитов, чтобы проверить концепцию на практике. Они решили напечатать на 3D-принтере большую форму для корпуса батареи со сложными внутренними элементами.

С помощью дуговой сварки металлическим газом (GMAW), аддитивного производства в компании Lincoln Electric Additive Solutions, из проволоки ER410 из нержавеющей стали были напечатаны два штампа, близких к чистым. В процессе GMAW используется электрическая дуга для плавления плавящегося проволочного электрода для наращивания металлических слоев и создания сложных компонентов, а также для предотвращения загрязнения используется защитный защитный газ. Команда применила специализированную стратегию траектории для снижения веса при сохранении силы.

Последующий анализ подтвердил, что облегченная пресс-форма соответствует требованиям к структурным характеристикам, подтвердив возможность аддитивного производства для высокопроизводительной производственной оснастки.

Проект финансировался Управлением передовых материалов и производственных технологий Министерства энергетики США, или AMMTO. В этот проект также внесли свой вклад Джон Ансер из Composite Applications Group, Питер Ванг из ORNL, а также Джейсон Фламм и Джонатан Пол из Lincoln Electric Additive Solutions.

MDF, поддерживаемый AMMTO, представляет собой общенациональный консорциум сотрудников, работающих с ORNL над инновациями, вдохновением и стимулированием трансформации производства в США.

UT-Battelle управляет ORNL для Управления науки Министерства энергетики США, крупнейшего сторонника фундаментальных исследований в области физических наук в Соединенных Штатах. Управление науки работает над решением некоторых из самых насущных проблем нашего времени. Для получения дополнительной информации, пожалуйста, посетите energy.gov/science. — Тина Джонсон