• Drukowanie 3D stali ma ograniczyć zużycie energii i produkcję odpadów
• Testowane są trzy innowacyjne metody druku 3D precyzyjnych elementów stalowych
• Projekt jest finansowany z Europejskiego Funduszy Badawczego Węgla i Stali

Konsorcjum ConstructAdd skupiające firmy, technologie i ośrodki badawcze z pięciu krajów europejskich i finansowane przez Europejski Fundusz Badawczy Węgla i Stali, wierzy, że drukowanie 3D od podstaw stalowych komponentów dostosowanych do potrzeb klienta wyeliminuje złom produkowany w procesie wycinania części z gotowych płyt tego surowca.

Wydrukowana stalowa płyta. Fot. ConstrustionAdd

Wykorzystując druk 3D w stali, można zmniejszyć zużycie energii dzięki możliwości produkcji skomplikowanych części w jednym procesie, aby uniknąć montażu dodatkowych części (np. usztywnień), co skutkuje zmniejszeniem nakładu pracy, generuje mniej złomu i mniejsze zapotrzebowanie na energię.

Wierzymy, że projekt ConstructAdd przyspieszy przejście sektora konstrukcji stalowych na zrównoważoną produkcję, a branża zmniejszy energochłonność produkcji o ok. 30% - czytamy na stronie projektu.

Biorąc pod uwagę, że około jedna trzecia wszystkich odpadów wytwarzanych każdego roku na świecie pochodzi z przemysłu budowlanego, produkcja stali ma tu do odegrania ważną rolę - powiedział koordynator projektu dr Alper Kanyilmaz z Politecnico di Milano.

Próbka stali wydrukowana w 3D poddawana jest testom rozciągania w celu zmierzenia jej właściwości mechanicznych. Fot. ConstructAdd

Dostępne obecnie techniki produkcji nie są łatwe do zoptymalizowania i dochodzi do marnowania wielu materiałów - na przykład podczas cięcia i spawania płyt stalowych. Ponadto, stosując konwencjonalne techniki konstrukcyjne, wiele materiału jest wykorzystywane tam, gdzie nie jest potrzebny i umieszczane w niepotrzebnych miejscach – dodał.

W jaki sposób drukuje się stal?

W ramach projektu badane są trzy różne metody drukowania: 

Laserowa fuzja w złożu proszkowym (Laser Powder Bed Fusion – LPBF) – to metoda, w której proszkowy materiał jest selektywnie topiony przy użyciu energii cieplnej z wiązki laserowej. Element powstaje, gdy kilka cienkich warstw łączy się ze sobą w procesie mikrospawania, co sprawia, że technologia ta jest odpowiednia dla małych części o złożonej geometrii. Możliwość ponownego wykorzystania pozostałego proszku sprawia, że proces jest ekonomiczny i zrównoważony.

Wytwarzanie addytywne z wykorzystaniem drutu i łukiem (Wire Arch Additive Manufacturing -WAAM) - to technika oparta na połączeniu narzędzi do spawania łukiem elektrycznym wykorzystywanych jako źródło ciepła i drutu stosowanego jako materiał wsadowy. Skonstruowany element zostaje w całości uformowany z osadzonego materiału spawanego. WAAM nadaje się do druku części o średniej i dużej skali, o niskiej lub średniej złożoności geometrycznej. 

Laserowe osadzanie energii (Laser Direct Energy Deposition – LDED) – polega na wprowadzeniu metalicznego proszku bezpośrednio do ogniska wiązki laserowej, tworząc roztopioną kałużę na uprzednio osadzonej warstwie, na której krzepnie. Metoda ta nadaje się do druku części o dużej złożoności i może być wykorzytywana do naprawy uszkodzonych stalowych elementów.

Stal idealna do druku

Skomputeryzowane drukarki 3D, które łączą wygenerowane ciepło z proszkami metali lub stalowym drutem, mogą z powodzeniem wytwarzać precyzyjne komponenty o wysokiej wytrzymałości, odporności na rozciąganie i wszechstronności – twierdzą wizjonerzy z ConstructAdd.

Stal jest znacznie bardziej odporna i plastyczna w porównaniu do innych materiałów. Oferuje więc więcej możliwości wytwarzania bardziej złożonych geometrii, które mogą wytrzymać większe obciążenia stresowe i zmęczeniowe - powiedział Kanyilmaz.

Przeczytaj także: Pierwszy mały modułowy reaktor jądrowy ruszy jeszcze przed 2030?