НА ГЛАВНУЮ / К НОВОСТЯМ

Оливер Пекхэм

Newswise — Экструзия, с помощью которой можно производить сложные детали из легких металлов, становится все более важным производственным процессом для всего: от зданий до электромобилей. Запатентованная Тихоокеанской северо-западной национальной лабораторией (PNNL) технология обработки и экструзии с использованием сдвига (ShAPE™) представляет собой шаг за пределы традиционной экструзии, позволяющий создавать материалы и компоненты с исключительными свойствами, которые невозможно достичь при обычном производстве.

Теперь машина ШАПЭ нового поколения прибыла в ПННЛ, где она поможет доказать состоятельность техники ШАПЭ. «ShAPE 2», который запущен и работает, предназначен для того, чтобы позволить исследователям производить более крупные и сложные экструзии — важный шаг на пути ко многим реальным промышленным применениям метода ShAPE.

«Это подводит нас к сфере вещей, которые могут использоваться в реальных зданиях и реальных автомобилях», — сказал Скотт Уэлен, соразработчик ShAPE и главный специалист по материалам PNNL. «В ShAPE 2 мы уже создали профили, отвечающие потребностям реальных деталей. Например, мы выдавили трубку диаметром два дюйма и толщиной стенки 0,1 дюйма — такой же профиль, как у рейлинга на крыше Ford F-150».

Поступление в ШАПЕ

Экструдированные металлические детали изготавливаются путем проталкивания металлической заготовки через отверстие в матрице. Традиционно при экструзии металла используется внешнее тепло для размягчения всей заготовки перед ее проталкиванием через матрицу.

Не так с ШАПЕ. Вместо этого ShAPE сочетает в себе вращающуюся головку рядом с матрицей и невероятно мощный гидравлический пресс на противоположном конце. Гидравлический пресс подталкивает заготовку к матрице, а вращающаяся головка создает трение, которое нагревает и смягчает. только часть заготовки, поступающая в матрицу.

Этот подход позволяет производить детали с нетрадиционным химическим составом и микроструктурой, которые обеспечивают улучшенные свойства материала, а также экструзию вторичного алюминиевого лома, что может сократить выбросы энергии и углерода на > 90% по сравнению с традиционными методами переработки.

Сложнее, лучше, быстрее, сильнее

Машина ShAPE первого поколения, дебютировавшая семь лет назад, стала местом проведения широкого спектра исследований, демонстрирующих применимость ShAPE для различных вариантов использования, от автомобильных компонентов до ультрапроводников. Поскольку ShAPE 1 продолжал успешно проходить испытания за испытаниями, исследователи планировали следующий шаг: масштабирование.

Встречайте ShAPE 2. Новая машина была спроектирована и изготовлена ​​компанией Bond Technologies и доставлена ​​в Лабораторию прикладной энергетики PNNL в конце прошлого года. Машина быстро произвела первые успешные экструзии.

«По сравнению с ShAPE 1, ShAPE 2 дает нам в три раза большую мощность двигателя, в четыре раза больший крутящий момент и на 50 % больше силы плунжера», — пояснил Уэлен.

Важно отметить, что гораздо более крупная машина ShAPE 2 позволяет производить более крупные изделия. Если ShAPE 1 мог производить экструзии только диаметром от 1/2 до 3/4 дюйма, то ShAPE 2 позволит производить экструзии диаметром до 1,5 или 2 дюймов.

Для многих других применений ShAPE 2, вероятно, может производить компоненты примерно в половину размера, при этом для многих компонентов, изготовленных методом промышленной экструзии, требуется диаметр около четырех дюймов.

«В PNNL мы занимаемся исследованиями и разработками», — подчеркнул Уэйлен. «Но решение вопросов масштабирования и других производственных вопросов помогает обеспечить выход таких технологий, как ShAPE, из лаборатории в реальный мир. Примерно в половинном масштабе ShAPE 2 более актуален для промышленности, чем когда-либо. Он достаточно велик, чтобы заинтересованные стороны и руководители могли поверить в его преимущества и возможности!»

Благодаря увеличению размера экструзии ShAPE 2 также позволит исследователям создавать более сложные элементы, такие как сложные перепонки, в своих экструзиях.

Педаль в пол

Первый вопрос, который будет задан в отношении ShAPE 2, заключается в том, приведет ли расширение масштаба технологии к каким-либо неожиданным изменениям в микроструктуре или свойствах материала экструзии.

«Мы ожидаем — хотя нам еще предстоит это доказать, — что при одинаковых условиях эксплуатации ШАПЭ 1 и ШАПЕ 2 будут создавать схожие микроструктуры», — сказал Скотт Тейсом, инженер-исследователь из PNNL.

Сравнивая результаты ShAPE 1 и ShAPE 2 друг с другом, исследователи планируют спрогнозировать, как будет масштабироваться полноценная машина ShAPE промышленного масштаба.

«Это новый процесс, и мы думаем, что понимаем, как он будет масштабироваться, но нам необходимо подтвердить наши математические прогнозы экспериментальными данными, расширяя границы ShAPE 1 и ShAPE 2», — сказал Уэлен.

Раннее тестирование будет сосредоточено на проверке верхних пределов ShAPE 2 — как для круглых профилей, так и для более сложных профилей — и внедрении более сложных материалов, таких как алюминиевый лом после потребления.

«Мы рады изготавливать более крупные компоненты из алюминиевого лома, которые затем можно будет отправлять на отделочные предприятия, чтобы посмотреть, как наш переработанный материал реагирует на анодирование, покраску, порошковое покрытие и так далее», — сказал Уэлен. «Для строительной отрасли будет важно показать, что эти покрытия одинаково хорошо работают с алюминиевым ломом, экструдированным из ШАПЭ, так же, как и с первичными сплавами, экструдированными традиционным способом».

Хотя большая часть первоначальных исследований, проводимых по ShAPE 2, будет сосредоточена на оценке самой машины, к концу года машина начнет использоваться и в других исследовательских проектах. В конечном итоге ShAPE 2 будет использоваться для исследовательских областей, охватывающих приложения в строительстве, автомобилестроении, промышленной декарбонизации и т. д. При этом некоторые из этих проектов перейдут из исследований ShAPE 1.

Все формы и размеры

А вот ShAPE 1 никуда не денется. «ShAPE 1 по-прежнему остается фантастической платформой, которую мы всегда будем использовать для занятий наукой», — сказал Уэлен.

Команда также надеется использовать ShAPE 1 в качестве трамплина с меньшим риском для дальнейшего научного понимания процесса и помочь исследователям, стремящимся в конечном итоге расширить работу до ShAPE 2.

«Если вы собираетесь использовать экзотический металл или сплав, который трудно экструдировать, и вы все еще определяете, при какой температуре вы хотите работать, давайте попробуем это на чем-то меньшем и более дешевом, прежде чем переходить к чему-то большему», — сказал Тайсом. . «Если вы случайно уничтожите кубик, это будет более дешевый кубик в ShAPE 1 вместо более дорогого в ShAPE 2. А мы — научно-исследовательская организация, которая раздвигает границы, поэтому иногда мы выбрасываем штампы — это всего лишь часть исследования».

Движение вперед

«ShAPE 2 позволит нам расширить наши возможности сотрудничества», — сказал Уэлен. «Когда я разговариваю с потенциальными партнерами по исследованиям, они впечатлены тем, что мы делаем, но всегда спрашивают: «Каков путь к полномасштабным деталям?» Это шаг к тому, чтобы помочь людям понять, что ShAPE можно масштабировать».

И, конечно же, у коллектива уже есть идеи по дополнительным машинам ШАПЭ. Эти будущие итерации, возможно, не будут масштабнее: вместо этого они могут сосредоточиться на производстве различных типов экструзии из специализированных материалов, использовании новых типов компонентов или обслуживании более конкретных промышленных применений.

«Как исследователи в национальной лаборатории, одна из наших целей — снизить риски для внедрения технологий в промышленность, будь то масштабирование, производительность или свойства материалов». — сказал Уэлен. «Мы пытаемся снизить риск как можно большего количества областей».

Машина ShAPE 2 и поддерживающие ее программы финансировались Фондом чистой энергии Министерства торговли штата Вашингтон, Управлением транспортных технологий Министерства энергетики и Управлением передовых материалов и производственных технологий Министерства энергетики.

###

О ПННЛ

Тихоокеанская северо-западная национальная лаборатория использует свои сильные стороны в области химии, наук о Земле, биологии и науки о данных для продвижения научных знаний и решения проблем в области устойчивой энергетики и национальной безопасности. Основанная в 1965 году, PNNL управляется Баттеллом для Управления науки Министерства энергетики, которое является крупнейшим спонсором фундаментальных исследований в области физических наук в Соединенных Штатах. Научный отдел Министерства энергетики США работает над решением некоторых из наиболее острых проблем нашего времени. Для получения дополнительной информации посетите https://energy.gov/science. Для получения дополнительной информации о PNNL посетите Центр новостей PNNL. Подпишитесь на нас в ТвиттерFacebook, LinkedIn и Instagram.




НУЖНО СОЗДАТЬ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ВИДЕО, СНЯТЬ ФИЛЬМ ИЛИ МУЗЫКАЛЬНЫЙ КЛИП ?

Игровое кино, короткометражное, рекламное и промо, документальное, телепроекты, корпоративное, свадебное, приватное и т.д. Территориально в Киеве, но можем работать в любой точке мира!

ARCHANGEL FILMS

рекламный блок: 1 / 2