Günstige, schnelle Induktionstechnologie ermöglicht unbegrenzte Nutzung

Die additive Metallfertigung kann auf verschiedene Arten erfolgen, aber die Idee ist im Allgemeinen dieselbe: Sie betreiben einen großen Drucker, der geschmolzenes Metall in Schichten auf ein Substrat aufträgt, das dann zu einer festen Form verschmilzt. Indem Sie von Grund auf drucken, können Sie Formen erstellen, die mit der traditionellen subtraktiven Fertigung nicht möglich wären. Und obwohl es für die Massenfertigung zu langsam und umständlich ist, ist es eine unglaublich schnelle und effektive Technik für Kleinserienteile und Rapid Prototyping.

Viele der heutigen Metalldrucksysteme verwenden Laser, um pulverförmige Metallrohstoffe zu erhitzen und zu schmelzen. Christian LaRosa, Gründer und CEO von Rosotics, sagt, dass Lasersysteme eine Reihe von Problemen mit sich bringen. Erstens sind diese pulverförmigen Metallrohstoffe teuer und häufig gefährlich – beispielsweise ist pulverisiertes Titan explosiv. Zweitens sind Laser ein ineffizientes Mittel, um Energie in Wärme umzuwandeln. Laserbasierte Großanlagen können spezielle Energieversorgungssysteme erfordern.

Drittens können sie gefährlich sein – selbst ein reflektierter Strahl dieser Art kann ausreichen, um jemanden zu blenden, wenn er ihn direkt ins Auge trifft. Und viertens müssen mit diesen Methoden hergestellte Teile in der Regel anschließend wärmebehandelt werden, was bedeutet, dass Sie nur Teile drucken können, die so groß sind wie der Ofen, in dem Sie sie anschließend backen können.

LaRosa sagt, er habe eine Alternative gefunden, die all diese Probleme angeht und die Tür für den kostengünstigen, einfachen und schnellen Druck riesiger Metallteile öffnet, die groß genug für den strukturellen Einsatz in Flugzeugen und Raketen sind. Rosotics hat einen neuen Typ eines Metall-3D-Druckkopfs namens Mantis entworfen, gebaut und getestet, der durch Induktion hocheffizient Wärme an das Metall abgibt.

„Meiner Meinung nach ist es eine sehr natürliche Art, ein Metall in 3D zu drucken“, erzählt uns LaRosa in einem Videoanruf. „Sie erzeugen ein elektromagnetisches Feld aus einer Spule, und jedes ferromagnetische Metall, das dieses Feld passiert, wird durch die Wirbelströme, die Sie im Metall induzieren, induktiv erhitzt. Wir entfernen den Laser aus dem Prozess und führen einfach Draht durch eine Düse.“ , und erhitzen es beim Durchlaufen induktiv. Wir nennen es Rapid Induction Printing oder RIP. Es bringt Sie mit weitaus weniger Energieverlust zum gleichen Ziel.“

Wie viel effizienter ist der Prozess? „Die Effizienz eines laserbasierten Prozesses ist in vielerlei Hinsicht ziemlich miserabel“, sagt LaRosa. „Es handelt sich um ein optisches Mittel zur Wärmeübertragung. Wenn Sie auf einen Induktionsprozess umsteigen, steigern Sie die Effizienz erheblich. Im Vergleich zur gerichteten Energieabscheidung, dem laserbasierten Drahtvorschubansatz, erwarten wir 30–50 % mehr.“ effizient im Hinblick auf die gesamte aufgewendete Energie. Im Vergleich zu anderen kann es fast eine Größenordnung sein.“

Auch das Ausgangsmaterial muss nicht ferromagnetisch sein. „Aluminium war für uns ein großes Ziel, da es die Grundlage für viele Strukturteile in der Luft- und Raumfahrt bildet und überhaupt nicht magnetisch ist“, sagt LaRosa. „Deshalb haben wir einzigartige Wege gefunden, dieses Ausgangsmaterial induktiv zu erhitzen, die bahnbrechende Ansätze in der metallurgischen Wissenschaft nutzen. Sie können einen Mantel aus induktivem Material induktiv erhitzen oder Sie können das Ziel-Ausgangsmaterial durch einen induktiv beheizten Kanal laufen lassen, der Wärme durch physischen Kontakt abgibt.“

Dadurch ist der Prozess für ein breites Spektrum an Metallen zugänglich. Das Unternehmen hat bisher ausführliche Tests mit Stahl und Aluminium durchgeführt, aber LaRosa sagt, dass es in der Lage sein sollte, die meisten Metalle zu verarbeiten: „Nach allem, was wir gesehen haben, die Materialien, die in der Luft- und Raumfahrt weit verbreitet sind, und die Nischen, auf die wir abzielen, kann es damit umgehen.“ ziemlich umfassend“, sagt er. „Es gibt wahrscheinlich viele Materialien, die die Grenzen überschreiten, aber selbst dann haben wir Raum, den Prozess zu ändern und wahrscheinlich auch diese in Angriff zu nehmen. Titan ist ein ziemlich bearbeitbares Material, aber wir untersuchen noch eine Reihe anderer.“ „Eines der unmittelbarsten ist Kupfernickel, das bei bestimmten Anwendungen eine sehr gute mechanische Leistung aufweist. Aber insgesamt funktioniert das Verfahren mit jedem Material, das im Handel in Drahtform erhältlich ist, recht gut.“

Der Drucker verarbeitet derzeit Drähte mit einem Durchmesser zwischen 1 und 10 mm, aber laut LaRosa kann er bei Bedarf problemlos nach oben skaliert werden, indem einfach die Düsen verbreitert werden.

Rosotics hat einen Prototyp gebaut – mit beachtlichem Stil. „Hinter der Wand auf meiner Seite steht hier ein Prototyp eines Druckers in Originalgröße“, sagt LaRosa, „der bis zu einer Breite von etwa 26 Fuß (8 m) und einer Höhe von etwa 20 Fuß (6,1 m) druckt. Diese Maschine verfügt über drei Köpfe.“ , wobei jeder etwas mehr als 15 kg (33 lb) Metall pro Stunde schiebt. Als System werden etwa 50 kg (110 lb) pro Stunde geschoben. Der Betrieb erfolgt über eine 240-Volt-Steckdose, wie man sie in jedem herkömmlichen Gerät findet Lagerumgebung – wenn Sie einen großen kabelgebundenen Laserdrucker betreiben würden, würden Sie wahrscheinlich darüber nachdenken, sich an den Energieversorger zu wenden, um eine stärkere Anbindung an das Stromnetz zu erhalten. Ich denke, das spricht Bände; wenn Sie den Prozess effizienter gestalten , das Gesamtbild vereinfacht sich.

„Unser Verfahren funktioniert auch unter freiem Himmel“, fährt er fort, „Sie müssen also nicht Ihr gesamtes Druckvolumen in einer Vakuumkammer unterbringen. Und bei anderen laserbasierten Verfahren müssen Sie die gesamte Struktur gleichmäßig erhitzen.“ Reduzieren Sie die Eigenspannungen, die der Prozess verursacht hat. Wir müssen einen solchen Vorgang nach dem Drucken nicht durchführen. Das vereinfacht den Vorgang noch weiter. Und wenn es um einen großen Maßstab geht, gibt es möglicherweise eine Handvoll Öfen für die Wärmebehandlung in dieser Größe in den gesamten Vereinigten Staaten.“

Das RIP-Verfahren soll den gesamten Prozess wesentlich schneller und kostengünstiger machen und den Metalldruck in nahezu unbegrenztem Umfang ermöglichen. „Ein großer Grund, warum wir angefangen haben“, sagt LaRosa, „ist, dass der 3D-Druck die Fertigung und die Herstellung von Teilen revolutioniert hat – aber er ist durch die Größe begrenzt. Die Schwerindustrie wurde vom Einsatz des 3D-Drucks in den Bereichen ausgeschlossen, die sie wirklich will.“ es anzuwenden – wirklich große Teile in kleinen Stückzahlen hergestellt. Deshalb gibt es uns. Ich war ein 20-, 21-jähriger Junge, der in der Entwicklung und Produktion von Raketenstrukturen arbeitete, und es schmerzte mich, dass wir das nicht konnten Verwenden Sie 3D-Druck in diesem Maßstab. Ich bin sicher, dass andere in der Luft- und Raumfahrtindustrie das gleiche Gefühl hatten.

„Ich bin ein Ingenieur aufgrund meiner Ausbildung, meiner Ausbildung und meiner Praxis“, sagt er. „Ich bin ein Gründer aus Notwendigkeit – der Notwendigkeit, diese Einschränkung im 3D-Druck zu überwinden. Als sich herausstellte, dass dieser Prozess dazu in der Lage ist, habe ich Ich konnte nachts nicht schlafen, bis es existierte. Ich war von Anfang an nicht ganz zuversichtlich, aber als ich anfing, es immer weiter oben in der Kette vorzustellen, sogar im Ökosystem der NASA, stellte ich fest, dass der Prozess wie erwartet funktionieren würde , das war der Punkt, an dem ich Vollzeit arbeiten und dieses Ding in die Realität umsetzen musste. Und jeden Tag fühle ich mich immer bescheidener, wenn ich den Prozess sehe – nicht nur in der Simulation, sondern in der Realität, wie er das tut, was wir von ihm erwarten Wir freuen uns sehr, es für Kunden auf den Markt zu bringen.

„Unser System eignet sich sehr gut für strukturelle Anwendungen, etwa die Struktur einer Rakete oder die Struktur eines Panzers“, fährt er fort. „Jede Art von Strukturteil, die in der Luft- und Raumfahrt benötigt wird, kann unser System. Aber es ist für die Ausweitung auf die Schwerindustrie im Allgemeinen konzipiert. Energie, Schiffbau, wir können diese Anwendungen sehr gut bedienen.“

Rosotics wurde 2019 gegründet und schloss im vergangenen November eine Finanzierungsrunde in Höhe von 750.000 US-Dollar ab.

„Wir sind bis zum Pre-Seed-Niveau finanziert“, sagt LaRosa, „um den Prozess zu testen und zu validieren. Wir haben die Plattform und den Prototyp gebaut und wissen mit großer Zuversicht, was der Prozess bewirken kann. Und jetzt.“ Wir bereiten uns auf den Spießrutenlauf vor: die Einrichtung einer Montagelinie und Produktion, mit ganz eigenen Herausforderungen, die nicht nur darin bestehen, die Maschinen funktionsfähig zu machen, sondern sie auch effizient und wiederholt in großen Mengen zu bauen. Wir legen großen Wert auf vertikale Integration und haben eine modulare Plattform, die sich im Laufe der Zeit verändern kann, um verschiedenen Anwendungen gerecht zu werden. Daher entwickeln wir eine interne Fähigkeit für Montage und Produktion.

„Wir haben eine Reihe von Kunden unterzeichnet“, fährt er fort, „aber nichts, was wir hier bekannt geben können. Was den Zeitrahmen betrifft, gehen wir davon aus, dass das System später in diesem Jahr für die vollständige Auslieferung bereit sein wird.“

Rosotics hat heute ab Oktober dieses Jahres seinen Fertigungsservice für qualifizierte Kunden geöffnet. Mit einer Mindesteinzahlung von 95.000 US-Dollar können Kunden Drucke aus Stahl oder Aluminium mit einem Durchmesser von bis zu 30 Fuß (9,1 m) und einem Gewicht von bis zu mehreren Tonnen erstellen. Das Unternehmen hat außerdem angekündigt, dass sein „hochmoderner Produktionscampus“ am Falcon Field Airport in Mesa, Arizona, angesiedelt sein wird.

Bemerkenswert ist, dass sie zum jetzigen Zeitpunkt noch nicht vorhanden sind, etwaige Musterdrucke, aber es scheint, dass potenzielle Kunden bald selbst sehen können, wie gut diese Technologie mit der in der Luft- und Raumfahrt erforderlichen Qualität und Präzision zurechtkommt. Wir sind gespannt, wie es weitergeht.

Quelle: Rosotics