Волочильный инструмент из 3D принтера

Авторы и источники / Правообладателям

В Институте керамических технологий и систем Фраунгофера (Fraunhofer Institute for Ceramic Technologies and Systems - IKTS) успешно создан сложный волочильный инструмент из твёрдосплавных материалов с использованием 3D принтера. Механические свойства и стойкость к химическому воздействию этих продуктов не должны быть хуже, чем у традиционного волочильного инструмента для производства проволоки. На фото показана только что изготовленная на 3D принтере волочильная фильера с охлаждающим каналом спиралеобразной формы, которая хорошо видна на чертеже конструкции волочильной фильеры.

В результате 3D печати сложных пространственных форм и последующего спекания компонентов в стандартных условиях получается типичная твёрдосплавная конструкция фильеры с U-образным каналом. Во время разбрызгивания связующего вещества при 3D печати исходные порошки и гранулы смачиваются и последовательно связываются при помощи органического вяжущего вещества, поступающего через печатающую головку.

От инструментов, которые применяются в машиностроении и автомобилестроении или в производстве пластмасс и строительной индустрии, требуются соответствующие механические и химические характеристики, а также высокая термостойкость и исключительно высокая твёрдость. Учёные из Института керамических технологий и систем Фраунгофера (Дрезден, Германия) смогли при помощи 3D печати изготовить сложные твёрдосплавные инструменты, которые по своему качеству никоим образом не уступают высококачественным инструментам, производимым традиционным способом. Институт Фраунгофера на протяжении десятилетий успешно разрабатывает твёрдые металлы. До настоящего времени надёжный режущий, бурильный, прессовый и штамповочный инструмент из карбида вольфрама здесь изготавливали методами одноосного или холодного изостатического сухого прессования, экструзии и литьевого прессования, а также методом фасонной резки. В традиционном производстве инструмента сложная геометрия, например, спиралеобразные или меандрические охлаждающие каналы внутри компонента, выполняется дорогостоящим образом или же вообще не выполняется.

Между тем, как говорит г-н Тасило Мориц (Tassilo Moritz), руководитель группы "Shaping" (формование) при Институте Фраунгофера, уже известно, что благодаря ресурсосберегающему и не требующему применения инструментов методу 3D печати керамические изделия даже самых сложных, индивидуально подобранных геометрических форм могут быть изготовлены достаточно быстро. Используя процессы 3D печати, учёные успешно изготовили сложные инструменты из твёрдых сплавов. При этом применялся метод разбрызгивания связующего вещества, исходные порошки или гранулы последовательно смачивались органическим связующим веществом, поступающим из печатающей головки, и, таким образом, связывались. Задача заключалась в получении стопроцентно плотных компонентов, имеющих безупречную твёрдосплавную микроструктуру и, следовательно, обладающих хорошими механическими свойствами. Твёрдые сплавы состоят из твёрдого керамического материала, такого как карбид вольфрама, и высоковязкой связующей матрицы из кобальта и никеля или железа. Избирательно варьируя состав связующей матрицы, можно индивидуально отрегулировать прочность на изгиб, ударную вязкость и твёрдость – чем ниже пропорция связующего вещества в карбиде, тем твёрже компонент.

Прототипы, изготовленные в Институте Фраунгофера, имеют в своём составе от двенадцати до семнадцати процентов по весу связующего вещества, с однородным распределением кобальта и представляют собой структуру, сравнимую с традиционно изготовленными высококачественными конструкциями.