Aditīvā ražošana: augsto tehnoloģiju RISE ceļā uz virsotni

“Aditīvā ražošana ļauj mums pārbīdīt noteiktās robežas, kā iespējams izgatavot dažādas detaļas,” saka Seids Hoseini /Seyed Hosseini/, kurš ir RISE Aditīvās ražošanas darba grupas vadītājs, kā arī pētnieks Čalmersa Tehniskajā universitātē Gēteborgā.

RISE, kas dibināts pirms desmit gadiem, radās valdības 90. gados aizsākto centienu reorganizēt un atjaunot Zviedrijas zinātniskās pētniecības nozari ietvaros. Mūsdienās neatkarīgajā valstij piederošajā zinātniskās pētniecības institūtā ir 2800 darbinieku, kuri strādā dažādās laboratorijās un universitātēs visā valstī, un gada apgrozījums pārsniedz 3 miljardus SEK. Rūpniecības partneri veido apmēram pusi no RISE ieņēmumiem, bet pārējo daļu veido valsts dotācijas un citas valsts finansēšanas struktūras, piemēram, universitātes.

S. Hoseini komanda ir viena no vairākām RISE zinātniskās pētniecības grupām, kas veic inovatīvus pētījumus jomās, sākot no enerģijas līdz veselības aizsardzībai un beidzot ar mobilitāti. Viņu uzmanības centrā ir piedevu ražošana, balstīta uz iekārtām, ko darbina datorizēta projektēšana (CAD) vai 3D skeneri. Šie “printeri” var izmantot dažādus materiālus – metāla pulveri, polimērus, stiklu –, lai pakāpeniski slāni pa slānim izveidotu trīsdimensiju objektus. Lai arī S. Hoseini nedrīkst precīzi izpaust, kādas detaļas viņš un viņa kolēģi RISE drukā, viņš atklāj, ka strādā ar metāliskiem materiāliem, polimēriem, kā arī ar keramiku.

Lai arī visos aditīvās ražošanas procesos ir vajadzīga augsta precizitātes pakāpe, 3D druka ar metāliskiem materiāliem sagādā īpašu izaicinājumu, un visa drukāšanas procesa laikā ir vajadzīga rūpīga uzraudzība, lai nodrošinātu galaprodukta kvalitāti.

“Atmosfērai drukas kamerā ir liela nozīme, jo, ja drukāšanas laikā skābekļa saturs ir augsts, tas var izraisīt nevēlamu iekšēju defektu veidošanos,” paskaidro S. Hoseini. Lai gan daži sakausējumi, ko izmanto 3D drukāšanā, ir jutīgāki pret oksidāciju nekā citi, tiem visiem ir nepieciešama rūpīga uzraudzība un kontrole, lai izprastu procesu un nodrošinātu drukāto detaļu kvalitāti.

Jā, patiešām, komandas sākotnējie centieni 3D drukāšanā ar metāliskiem materiāliem nenesa vēlamos rezultātus. Lai palīdzētu noteikt, kas šajā sistēmā nedarbojas, S. Hoseini un viņa darba grupai 2017. gada sākumā bija iespēja pārbaudīt Linde Gas jauno tehnoloģiju, kas varētu precīzi izmērīt un kontrolēt skābekļa līmeni 3D drukāšanas kamerās.

Pazīstama kā ADDvance™ O2 precizitāte, šī tehnoloģija nepārtraukti analizē atmosfēru printera kamerā, un tai ir iespēja noteikt skābekļa koncentrāciju līdz 10 ppm un automātiski pielāgot gāzes maisījumu attiecīgajā kamerā.

“Sistēma nodrošina reāllaika attēlu, kāds ir skābekļa līmenis kamerā, lai jūs laika gaitā varētu sekot vērtībām,” skaidro Bū Viljamsons /Bo Williamsson/, aditīvās ražošanas pielietojumu vadītājs Linde Gas, Ziemeļeiropas /Europe North/ reģionā, kurā ietilpst arī Latvija.

B. Viljamsonam un viņa kolēģiem bija būtiska loma ADDvance instalēšanā RISE, kas arī sniedz pētniekiem iespēju uzturēt skābekļa līmeni drukas kamerā noteiktā līmenī.

“Tā ir sava veida kruīza kontrole gāzēm kamerā. Līmenis saglabājas nemainīgs visa drukāšanas procesa laikā,” viņš paskaidro.

Šī tehnoloģija palīdz RISE aditīvās ražošanas darba grupai optimizēt atmosfēru printera kamerā un labāk izprast, kādas korekcijas jāveic, kā arī to, kāda ir ietekme uz drukāto produktu. Dati, kas apkopoti drukāšanas procesa uzraudzības laikā, atvieglo arī sertifikācijas procesu, kas katru drukāto produktu sasaista ar detalizētu tā ražošanas uzskaiti.

Tā kā lielākā daļa sakausējumu, kurus mūsdienās izmanto 3D drukāšanā, nebija īpaši izstrādāti aditīvajai ražošanai, ieskats ADDvance™ sistēmas darbībā palīdz darba grupai radīt iespēju vēl vairāk pilnveidot sakausējumus un izmantot procesa raksturīgo īpašību sniegtās priekšrocības.

“Tieši tagad mēs saskatām daudz interesantu rezultātu. Tā kā tagad procesu varam uzraudzīt daudz rūpīgāk, mēs arī spējam labāk izprast, kāpēc materiāls uzvedas tieši tā, nevis citādi,” S. Hoseini paskaidro.

Viņš atzinīgi novērtē savu komandu un Linde aprīkojumu, kam ir būtiska nozīme, paplašinot pētnieku izpratni par 3D drukāšanu, izmantojot metālus, kas ir uzņēmīgi pret oksidēšanos.

“ADDvance™ sistēma ir jaudīgs rīks, kas nodrošina tik detalizētu līmeni, kāds mums nepieciešams, lai labāk saprastu visu 3D drukāšanas procesu,” viņš stāsta. “Turklāt mēs gūstam plašāku un precīzāku priekšstatu par to, kā pilnveidot procesu.”

Linde turpina apkalpot aprīkojumu un piegādāt ADDvance sistēmas darbināšanai nepieciešamās gāzes. Sadarbības rezultāts ir arī plaša zināšanu apmaiņa starp piedevu ražošanas grupām RISE un Linde, jo S. Hoseini un viņa komanda turpina strādāt aditīvās ražošanas tehnoloģiju plašākas ieviešanas un industrializācijas virzienā.

Piemēram, kosmiskās aviācijas rūpniecībā aditīvā ražošana var palīdzēt radīt lielākas izturības vieglus materiālu, kā rezultātā lidmašīnas ir vieglākas un efektīvākas degvielas patēriņa ziņā.

Enerģētikas nozarē 3D drukāšana, izmantojot metālus, var palīdzēt arī jaunu detaļu ražošanā, kas uzlabo siltummaiņu un gāzes turbīnu efektivitāti, samazinot emisijas un to kopējo oglekļa pēdu. Saskaņā ar S. Hoseini teikto daži globāli strādājoši uzņēmumi jau tagad šādā veidā izmanto 3D drukāšanas metodes, tādējādi īstenojot pārmaiņas.

Raugoties nākotnē, viņš sagaida daudz aizraujošu notikumu nākamajos gados, jo īpaši runājot par piegādes ķēdes pilnveidošanu un stabilākas digitālās ekosistēmas ieviešanu saistībā ar piedevu ražošanu. Arī šajā ziņā ADDvance sistēmai ir svarīga loma, palielinot savienojamību, sekmējot kvalitātes nodrošināšanu un datu pārvaldību tiešsaistē, kā arī atvieglojot objektu “digitālo dvīņu” izveidi pirms drukāšanas.

“Piedevu ražošana ir tikai viena ekosistēmas daļa,” viņš paskaidro. “Viens no mūsu uzdevumiem būs savienot dažādas piegādes ķēdes daļas gan fiziski, gan digitāli.”