V blízké budoucnosti umožní ultrazvuk průmyslovým 3D tiskárnám vyrábět robustnější, odolnější a levnější nástroje a součásti pro letectví i další průmyslová odvětví než kdykoli předtím. Výzkumníci z Drážďan, Hamburku a australského Melbourne spojili své síly ve výzkumné alianci, aby do tří let uvedli tuto novou technologii na trh.
Aditivní technologie, které jsou bezesporu krokem vpřed, mívají zpravidla i svá negativa. Ne všem požadavkům vždy vyhoví např. výsledná struktura materiálu s nepravidelným rozložením zrn. Potřeby plnění materiálových nároků v rámci aditivních technologií především pro oblasti využití v leteckém a kosmickém průmyslu by však měla pomoci vylepšit technologie ultrazvukem podporované a laserem řízené depozice (nanášení materiálu). Za tímto účelem spojily své síly hned tři významné instituce, které se touto tematikou již delší dobu zabývají: Fraunhoferův institut IWS (Fraunhofer Institut für Werkstoff- und Strahltechnik), Fraunhoferův institut IAPT (Fraunhofer Institut für Additive Produktionstechnologien) a RMIT (Royal Melbourne Institute of Technology) Center for Additive Manufacturing z australského Melbourne. Ve společném projektu UltraGrains rozpočtem čtyř milionů eur budou řešit vliv ultrazvuku na mikrostruktury při laserové depozici jak na bázi práškového, tak i drátového materiálu. Při této technologii laserový systém nanáší na kovový polotovar buď povlaky, nebo složité struktury vrstvu po vrstvě. Lze tak vytvářet i velmi složité tvary, které se jinak buď nedají vyrobit vůbec, nebo při konvenčních metodách jen velmi obtížně, s velkými nároky na energie, čas a materiály. „UltraGrain pomůže přenést aditivní výrobu do široké průmyslové aplikace,“ předpovídá prof. Christoph Leyens, výkonný ředitel Fraunhoferova institutu IWS. Zapojení výzkumníci jsou přesvědčeni, že příští generace letecké a kosmické aditivní výroby dílů bude významně těžit právě z vývoje ultrazvukové technologie.
Ultrazvuk podporuje přizpůsobení velikosti zrna v materiálu
Cílem je prostřednictvím ultrazvuku ovlivňovat vnitřní strukturu zrn 3D tiskem, konkrétně laserovou depozicí zhotovovaných součástí, a tím i zlepšovat jejich mechanické vlastnosti. Ultrazvuk s přesně definovanou frekvencí (spadající do spektra lidským sluchem zachytitelných zvuků), posílaný přes výslednou součást nebo lokálně v návaznosti na laser do lázně taveniny, působením jemných vibrací během procesu aditivního nanášení zabraňuje vzniku nežádoucích mikroskopických sloupcových struktur. Působením ultrazvuku lze vytvořit jemnější mikrozrnka kulatého tvaru s rovnoměrnějším rozložením a tím i mimo jiné pozitivně ovlivnit mechanické a chemické vlastnosti aditivně vyráběných obrobků, a to s využitím zdrojového materiálu ve formě prášku nebo drátu. Výrazně lze tak zlepšit např. odolnost proti únavě, pevnost, houževnatost a tažnost nebo snížit náchylnost k praskání. Protože ultrazvuk lze ovládat cíleně, bude při konstrukci součástí výhodné přesně specifikovat, ve kterých oblastech bude výsledný díl při použití vystaven velkému namáhání. Tam je pak možné také naplánovat ultrazvukem řízenou strukturu zrna, zatímco ve zbylých částech dílu, kde není taková struktura nutná, tento proces z důvodu zrychlení a zlevnění výroby vynechat. /Jiří Šmíd a Michael Málek/
