wie „druckt“ man 16 quadratmeter flugzeugteile auf einmal?
2024-09-24
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in einem sauerstofffreien, versiegelten hohlraum stoßen vier düsen metallpulver aus, das durch die cnc-bewegung der düsen sofort geschmolzen wird. es dauert nur dutzende von stunden, bis ein komplexes gebäude entsteht mit einer fläche von 16 quadratmetern können große bauteile aus titanlegierung effizient in formen gebracht werden.
dies ist eine reale szene, die sich in der werkstatt des beijing yuding additive manufacturing research institute co., ltd. (im folgenden als „yuding additive“ bezeichnet) abspielte, der industrialisierungsbasis des national engineering laboratory for large metal component additive manufacturing der universität beihang . . „die metall-3d-drucktechnologie verwendet nur einen hochleistungscomputer, einen satz hochpräziser laserköpfe und eine cnc-mechanische plattform für die additive fertigung großformatiger metallkomponenten, um die großen und komplexen tragenden schlüsselstrukturen großer industriezweige fertigzustellen.“ „schnelle produktion“, sagte der verantwortliche von yuding additive gegenüber reportern.
der kern der additiven metalllaser-fertigungstechnologie (allgemein bekannt als metall-3d-drucktechnologie) besteht darin, einen computergesteuerten laser zu verwenden, um schicht für schicht zu scannen, synchron transportiertes legierungspulver oder draht zu schmelzen und dreidimensionale komplexe komponenten schicht für schicht wachsen zu lassen. dadurch werden hochwertige metallteile in verschiedenen formen hergestellt. basierend auf der intelligenten steuerung des hochtemperatur-schmelz- und kristallisationsprozesses des metall-3d-drucks gibt es einen neuen weg zur lösung von problemen wie „traditionelle guss- und schmiedetechnologie ist schwierig, die beschränkungen der verarbeitungsgröße zu durchbrechen“ und „große komponenten“. bei metallmaterialien mit komplexer zusammensetzung ist es schwierig, eine gleichmäßige zusammensetzung und textur sicherzustellen.
„nehmen sie als beispiel den großen tragenden rahmen aus titanlegierung eines großen flugzeugrumpfs. die außenfläche des größten teils übersteigt oft 10 quadratmeter. mit traditioneller metallurgischer guss- und schmiedetechnologie sogar einer supergroßen schmiedemaschine mit ein druck von 80.000 tonnen kann nicht direkt verarbeitet werden, sondern kann nur in mehrere kleine teile geteilt und dann nach der verarbeitung zusammengefügt werden. allerdings kann der metall-3d-druck direkt additiv geformt werden, was die anzahl der teile erheblich reduziert und das strukturgewicht erheblich reduziert. „verbessert die festigkeit, insbesondere die zähigkeit, erheblich und reduziert den materialverbrauch und die verarbeitungszeit um 80 %“, sagte der verantwortliche.
tatsächlich ist das aufkommen der metall-3d-drucktechnologie nicht nur eine innovation in der fertigungstechnologie, sondern auch eine subversion traditioneller fertigungskonzepte.
wang huaming, akademiker der chinese academy of engineering, professor an der beijing university of aeronautics and astronautics und direktor des national engineering laboratory for additive manufacturing of large metal components, sagte, dass durch die präzise steuerung des lasers jede schicht des metallpulvers geschmolzen werden könne die 3d-drucktechnologie für metall ermöglicht eine detaillierte kenntnis der mikrostruktur und der chemischen zusammensetzung des materials. mit dieser technologie kann nicht nur ein effizienterer und kostengünstigerer herstellungsprozess in der anwendung erreicht werden, sondern auch das traditionelle problem der gleichmäßigen verteilung der inhaltsstoffe beim schmelzen neuer legierungen durch direktes schmelzen und verarbeiten des pulvers überwunden werden. dies stellt nicht nur sicher, dass große metallbauteile eine innere qualität von feinen körnern, dichten strukturen und gleichmäßiger zusammensetzung aufweisen und ihre leistung qualitativ verbessert, sondern nutzt auch die extrem hohen temperaturen und kristallisationsbedingungen im laserschmelzprozess, um neue metallstrukturen mit neuen zu entwickeln chemische zusammensetzungen.
„wenn es sich bei der traditionellen metallurgie um einen topf mit gemischten und ungleichmäßigen zutaten handelt, dann ist der 3d-druck wie ein ultrahochgeschwindigkeits-feinrefiner, der eine homogene aufschlämmung mit völlig gleichmäßigen zutaten und einer sehr dichten textur erhalten kann.“ materialien, die nach und nach an prozessgrenzen stoßen, aber zunehmend höhere leistungsanforderungen haben, wird der 3d-druck voraussichtlich neue durchbrüche bringen“, sagte wang huaming.
der erfolgreiche einsatz der metall-3d-drucktechnologie stärkt nicht nur die unabhängigen innovationsfähigkeiten meines landes im bereich der high-end-fertigung, sondern zeigt auch die stärke meines landes bei der forschung und entwicklung neuer materialien und neuer prozesse.
„durch die enge integration von industrie, wissenschaft und forschung sowie langfristige bemühungen hat mein land weltweit die führung übernommen, um zentrale schlüsseltechnologien wie den metall-3d-druck und die technische anwendung leistungsstarker schlüsselkomponenten in großem maßstab zu durchbrechen „noch wichtiger ist, dass der 3d-druck ein wichtiges gerät ist. die effiziente, umweltfreundliche und kostengünstige produktion neuer metallstrukturmaterialien und leistungsstarker großkomponenten hat neue wege eröffnet und ist eine wirklich neue produktivität“, sagte wang huaming.
mit blick auf die zukunft bietet die 3d-drucktechnologie noch weiteres wachstumspotenzial. laut dem vom qianzhan industry research institute veröffentlichten „panorama der chinesischen 3d-druckindustrie im jahr 2024“ ist mit einer weiteren ausweitung des anwendungsumfangs von 3d-druckprodukten in bestehenden szenarien und der kontinuierlichen entwicklung neuer szenarien und neuer anwendungen zu rechnen dass chinas 3d-druckindustrie in den nächsten sechs jahren weiter wachsen wird. der umfang der 3d-druckindustrie wird weiterhin schnell wachsen. die marktgröße von chinas 3d-druckgeräten wird im jahr 2029 voraussichtlich 120 milliarden yuan überschreiten, mit einer durchschnittlichen jährlichen wachstumsrate von etwa 19,5 % von 2024 bis 2029.
„chinas führungsrolle im bereich der 3d-drucktechnologie ist kein zufall“, sagte dong chuan, stellvertretender general manager und chief investment officer von sdic chuanghe fund management co., ltd., als er über den investitionshintergrund im bereich 3d-druck sprach yuding additive: es ist chinas tiefgreifendes fertigungsfundament, das ausreichend raum für die anwendungsiteration des 3d-drucks bietet, und die neue technologie kann erfolgreich vom labor in die industrie gelangen. diese technologie kann nicht nur die fertigungseffizienz und leistung von produkten verbessern, sondern auch die transformation und modernisierung der fertigungsindustrie fördern und so die high-end-ausrüstungsfertigungsindustrie des landes stark unterstützen. (reporter yuan xiaokang)
quelle: economic information daily
