Блог

Aug 25, 2023

Питт — единственный университет в США, имеющий гигантский 3D-принтер для металла.

В подвале Бенедум-холла Питта, за разбросанными по коридорам деталями гоночного автомобиля, вы обнаружите гигантскую машину, которая выглядит как нечто среднее между гаражом и въездным иллюминатором

Спрятанный в подвале Бенедум-холла Питта, мимо частей гоночного автомобиля, разбросанных по коридорам, вы найдете гигантскую машину, которая выглядит как нечто среднее между автомобильным гаражом и входным иллюминатором научно-фантастического космического корабля. Это современный 3D-принтер для металла — первый Gefertec arc605 в любом университете США.

По словам Альберта То, профессора Уильяма Кеплера Уайтфорда в Инженерной школе Суонсона и эксперта по 3D-печати, для производства крупных специализированных металлических деталей машина не имеет себе равных.

«Даже при заказе десятков деталей это очень выгодно», — сказал он. «А если вы хотите добавить некоторую сложность, то вы не сможете сделать это иначе, чем с помощью 3D-печати».

Принтер использует сварку, плавление проволоки из таких металлов, как нержавеющая сталь, титан и алюминиевые сплавы, и нанесение ее слой за слоем. Предыдущие лабораторные 3D-принтеры по металлу, использующие лазеры и металлический порошок, могли производить несколько сотен граммов в час; этот на порядок быстрее.

[Загляните за кулисы механического цеха школы Дитриха]

Это делает принтер Gefertec идеальным для производства более крупных деталей, которые обычно приходится отливать и обрабатывать — дорогостоящий подход, который часто непрактичен для производства небольших партий специальных деталей. Например, одним из первых проектов То является изготовление мостового соединения длиной три фута для армии США, которое больше не производится.

Хотя эта технология существует уже несколько десятилетий, только в последние несколько лет она стала достаточно надежной, чтобы привлечь широкое внимание. «Неожиданно возник очень высокий интерес к промышленности», в том числе к аэрокосмической, атомной энергетике, нефти и газу, сказал То.

Передовое программное обеспечение машины и «пятиосевые» возможности, позволяющие вращать и наклонять детали во время печати, означают, что ее можно использовать для создания сложных металлических деталей. Но есть еще много нюансов, над которыми нужно работать. Например, металлы деформируются при нагревании и охлаждении — процесс, который То изучает на новом принтере при финансовой поддержке армии США и Министерства энергетики.

Ксавьер Хименес, аспирант третьего курса лаборатории То, разрабатывает процесс 3D-печати с использованием нового типа высокопрочного алюминия, который имеет потенциальное применение в аэрокосмической отрасли, но имеет тенденцию трескаться при сварке.

«Вам необходимо настроить все эти различные параметры, чтобы выяснить, какой из них обеспечит наилучшее качество сварного шва», — сказал Хименес. «Каждый материал ведет себя немного по-своему».

Хименес пришел в Питт отчасти потому, что хотел работать с Gefertec arc605, но COVID-19 помешал работе механизма, и принтеру потребовалось три года, чтобы добраться до Питта. Машина больше, чем некоторые квартиры-студии, и когда она прибыла, ее пришлось по частям доставлять в лабораторию с помощью крана, а затем собирать.

После установки команда сейчас тестирует параметры 3D-печати из различных металлов. Проверив этот подход на различных металлах, затем используя рентгеновские лучи и проверив свойства материала, они могут начать моделировать, как процесс влияет на деталь — от видимого коробления до изменений в микроскопической структуре материала.

Кроме того, То сотрудничает с коллегами над созданием интеллектуальных компонентов, в которых оптоволоконные кабели встраиваются в металлические детали, напечатанные на 3D-принтере, чтобы измерять температуру и деформацию детали.

«Было много работы, чтобы собрать все детали воедино и заставить машину работать», — сказал Хименес. «Мы очень рады, что он здесь».

— Патрик Монахан, фотография Эйми Обидзински.