Екип от студенти бакалавърска степен в Швейцария е проектирал 3D високоскоростен мултиматериален метален принтер, който може да промени бъдещето на аерокосмическата индустрия, производството на двигатели и електрическа мобилност.

Само за девет месеца младите изследователи са построили прототипната машина, която използва ротационна лазерна система за прахово фузионно легло (LPBF), за да отпечатва цилиндрични метални части значително по-бързо от конвенционалните системи.

Освен това, пробивът позволява едновременна обработка на множество метали в една операция. Това означава, че учените могат да отпечатват части като ракетни дюзи с медна сърцевина и външна обвивка от никелова сплав в една безпроблемна стъпка.

„Този ​​процес е идеално подходящ за ракетни дюзи, въртящи се двигатели и много други компоненти в аерокосмическата индустрия“, казва Майкъл Робърт Тъкър, преподавател в катедра „Машиностроене и процесно инженерство“. „Те обикновено имат голям диаметър, но много тънки стени.“

Новият метален принтер, създаден от шестимата студенти бакалавърска степен в петия и шестия семестър, се справя с две основни предизвикателства в съвременното адитивно производство на метали - скоростта и възможностите за работа с множество материали.

Традиционните LPBF принтери работят по принцип „спиране-стартиране“, като последователно нанасят и слепват всеки слой. За разлика от това, иновативното решение на екипа завърта печатащата платформа, което позволява прахът да се отлага и слепва непрекъснато.

„За малки играчи като нашия студентски ракетен екип този вид многоматериална технология досега беше твърде сложна и твърде скъпа, което я правеше недостъпна“, обяснява Тъкър.

Това високоскоростно въртене намалява времето за производство на цилиндрични компоненти с повече от две трети. То може също така да печата с два различни метала едновременно, което настоящите 3D принтери не могат да постигнат без множество етапи на печат или сложна последваща обработка.

Проектът, ръководен от студенти, наречен RAPTURE, първоначално е проектиран да помогне на ARIS (Швейцарската академична космическа инициатива) да изгради дюзи за ракети с двутечно гориво, способни да издържат на условията на космически полети.

ARIS има за цел да достигне линията Карман, международната граница за космоса, определена на 100 километра над земната повърхност през следващите години.

Според Тъкър, това, което отличава машината, е въртящата се система за подаване на прах и газов поток, които се оказаха критични за качеството на отпечатаните части. Механизмът продухва инертен газ през зоната на сливане, предотвратявайки окисляването по време на процеса на печат.

В същото време сажди, пръски и други странични продукти се извличат непрекъснато през специален изход, осигурявайки по-чиста среда за изработка и по-висока цялост на частите. „В началото подценихме степента, до която механизмът на газовия поток влияе върху качеството на продукта“, обяснява Тъкър. „Сега знаем, че е от решаващо значение.“

Университетът е подал заявка за патент на технологията, като се позовава на нейния потенциал в аерокосмическия, автомобилния и енергийния сектор. Междувременно прототипът вече е произвел турбинни статори с диаметър до 7,8 инча (20 сантиметра).

Тъкър разкри, че екипът в момента работи по мащабиране на процеса и установяване на партньорства с участници в индустрията.

Снимка: Unsplash/Michael Tucker / ETH Zurich

Виж още: Лунните земетресения се оказват неочаквана пречка пред изграждането на база на нашия небесен съсед