Carbura de wolfram și cobalt este un material excelent pentru sculele așchietoare, deoarece este extrem de rezistent la căldură și la uzură. În noul program de cercetare „Fabricația aditivă a sculelor așchietoare din WC-Co” (AM din WC-Co), oamenii de știință de la Institutul pentru Aplicații ale Materialelor în Tehnologia Mecanică IWM și Laboratorul pentru Mașini-Unelte și Tehnologia Producției WZL de la Universitatea RWTH din Aachen, precum și de la Institutul Fraunhofer pentru Tehnologie Laser ILT cercetează acum modul în care se poate utiliza topirea cu laser pe bază de pulbere pentru procesarea acestui material. Obiectivul propus este să producă prin aditivare scule așchietoare, care să aibă o durată de viață mai lungă, datorită geometriilor complexe a circuitelor de răcire.
Până acum, sculele așchietoare din carbură de wolfram şi cobalt (WC-Co) puteau fi fabricate doar folosind procedee complexe de sinterizare. Deoarece aceste materiale sunt atât de rezistente, pe de o parte, și din moment ce tehnologia de sinterizare oferă o libertate geometrică restrânsă, pe de altă parte, sculele așchietoare pot fi modelate doar într-o măsură limitată. Acest lucru face ca introducerea circuitelor complexe de răcire în interiorul sculei să fie foarte costisitoare sau pur și simplu imposibilă.
În schimb, procesele de fabricație aditivă oferă un grad ridicat de libertate de proiectare și producție a unei forme foarte apropiate de forma finită. Acest lucru diminuează procesele de finisare și permite, de asemenea, să se genereze circuite complexe de răcire în interiorul sculei așchietoare. Topirea cu laser pe bază de pulbere (LPBF) corespunde foarte bine acestui scop. În acest proces de fabricație aditivă, piesa de prelucrat este construită strat cu strat din patul de pulbere folosind laserul. Acest proces permite realizarea de degajări interioare și generarea unor geometrii complexe de răcire. În construcția turbinei, au fost deja atinse temperaturi de funcționare semnificativ mai mari datorită utilizării pieselor fabricate folosind tehnologia aditivă.
Procesele de fabricație aditivă pe bază de laser necesită o selecție atentă a materialului și a parametrilor procesului, astfel încât să poată genera componente cu rezistențe comparabile celor din procese convenționale. În noul program de finanțare „AM of WC-Co”, un grup de institute de cercetare din Aachen va face cercetări mai detaliate. Echipa include Fraunhofer ILT, Institutul pentru utilizarea materialelor în tehnologia mecanică IWM și Laboratorul pentru Mașini-Unelte și Tehnologia Producției WZL de la Universitatea RWTH din Aachen.
Emiţătorul NIR încălzește componenta la peste 800 de grade
O problemă importantă în procesul de topire cu laser pe bază de pulbere este distribuția temperaturii în piesa fabricată. Pulberea de metal este topită în spotul laser și apoi se răcește rapid. Sistemele convenționale au o placă de bază încălzită pentru a încetini procesul de răcire. Cu toate acestea, acest lucru nu este suficient pentru materialele refractare și pentru piese mari, în special, deoarece pot apărea tensiuni și uneori chiar fisuri în piesă.
Experții Fraunhofer ILT lucrează la această problemă de câțiva ani și, în colaborare cu compania adphos Innovative Technologies GmbH, au dezvoltat un sistem în care un emițător în domeniul infraroșu apropiat (NIR) încălzește componenta de sus. Cu o putere de până la 12 kW, emițătorul poate atinge temperaturi de până la 800°C în componentă. În programul „AM of WC-Co”, această tehnologie este utilizată pentru procesarea carburii de wolfram și cobalt. În acest scop, partenerii vor cerceta traseul complet al procesului de la materialele sub formă de pulbere la procesul de fabricație aditivă, până la post-procesare și testare. Oamenii de știință vor califica acele materiale și procese care pot fi utilizate pentru a înlocui procesele convenționale de sinterizare. Sculele așchietoare din carbură de wolfram produse în acest fel ar trebui să aibă o duritate comparabilă, dar o durată de viață mai lungă decât sculele așchietoare obținute convențional, datorită circuitelor de răcire înglobate prin tehnologia LFBF.
Efortul ar trebui să fie profitabil în special atunci când trebuie prelucrate materiale pretențioase precum aliajele de titan. În plus, sistemul cu emițătoare NIR pentru încălzirea patului cu pulbere poate deschide calea procesării și a altor sisteme de aliaje refractare.
- FOTO - Preîncălzirea planului de prelucrare cu modulul NIR reduce semnificativ tensiunile din piesa fabricată cu laser. © Fraunhofer ILT, Aachen, Germania.
Programul „AM of WC-Co” este finanțat de grupul de lucru al asociațiilor de cercetare industrială „Otto von Guericke e.V.”. Programul va dura 30 de luni și a început la 1 octombrie 2019.
