Pokročilé materiály
V současnosti je k dispozici pouze kolem dvaceti kovových materiálů, které lze zpracovávat aditivními laserovými technologiemi. Některé průmyslové aplikace však vyžadují použití nových pokročilých materiálů se specifickými vlastnostmi, jako např. biokompatibilita, žáruvzdornost nebo vysoká tepelná vodivost. Toho lze dosáhnout vhodným nastavením procesních parametrů výroby.
Případové studie
-
ZPRACOVÁNÍ NOVÝCH MATERIÁLŮ POMOCÍ TECHNOLOGIE SLM
Vývoj procesních parametrů pro zpracování vysokopevnostní hliníkové slitiny EN AW 2618 technologií SLM
Projekt se zabývá zpracováním vysokopevnostní hliníkové slitiny technologií Selective Laser Melting (SLM). Slitina s chemickým vzorcem AlCu2Mg1,5Ni je charakteristická obtížnou svařitelností. Zpracovatelnosti této slitiny lze dosáhnout kombinací optimálního nastavením procesních parametrů výrobního zařízení a dopováním slitiny nanočásticemi. Výsledkem projektu je stanovení takových procesních parametrů, které umožňují výrobu plnohodnotných součástí ze slitiny EN AW 2618 technologií SLM.
Cíl projektu
Aditivní technologie využívající pro stavbu dílů kovové prášky jsou průmyslem často vyhledávány, a to především pro možnost vyrábět unikátní díly konvenčními způsoby nevyrobitelné. Jedná se především o díly topologicky optimalizované či odlehčené pomocí struktur. V technologii SLM je využívána řada kovů. Z hliníkových slitin jsou to však pouze původně slévárenské slitiny. Hlavním důvodem je dobrá zpracovatelnost daná blízkostí hodnot teplot tání a tuhnutí. Tyto slitiny jsou však charakteristické horšími mechanickými vlastnostmi. Pro průmyslové aplikace, které požadují charakteristické vlastnosti výrobků, jako je například teplotní odolnost, je žádoucí zpracovávat technologií SLM i další slitiny hliníku.
Výzkum, vývoj a řešení
Projekt je řešen ve spolupráci několika ústavů Fakulty strojního inženýrství. Vývoj procesních parametrů probíhá jako iterační proces rozdělený do několika fází. Vzorky vyráběné na zařízení SLM jsou postupně analyzovány pomocí metalografických výbrusů, počítačové tomografie, zkoušek mechanických vlastností apod. Na základě zhodnocení každé sady vzorků je přistupováno k návrhu dalších procesních parametrů a úprav slitiny. Procesní parametry vzorků s nejlepšími výsledky jsou využity pro výrobu vzorků pro zkoušky mechanických vlastností. Na základě výsledků jsou prováděny další úpravy parametrů.
Dopad a výsledky projektu
Práce na projektu přináší nové poznatky v oblasti zpracování vysokopevnostních slitin technologií SLM. Výstupem projektu je nejen stanovení optimálních parametrů pro výrobu, ale také popis chování slitiny v závislosti na zvolených parametrech. Využitelnost poznatků pro průmyslové aplikace je evidentní. Vyvinuté procesní parametry a úpravy slitiny pomocí nanočástic budou využity pro průmyslovou výrobu.
Výsledky projektu byly publikovány na vědeckých konferencích:
- KOUTNY, Daniel, David PALOUSEK, Ondrej KOUKAL a Filip DOKOUPIL. Processing of High Strength Al-Cu alloy Using 400W Selective Laser Melting - Initial Study. In: Proceedings of the 8th International WLT Conference on Lasers in Manufacturing. Munich, Germany, 2015.
- KOUKAL, Ondrej, Daniel KOUTNY, David PALOUSEK, Radek VRANA, Tomas ZIKMUND a Libor PANTELEJEV. Research about the influence of process parameters of Selective Laser Melting on material EN AW 2618. In: Euro PM 2015. Reims, France, 2015.
Řešitel projektu za VUT v Brně
doc. Ing. David Paloušek, Ph.D.
Finanční podpora
Grantová agentura České republiky (GAČR), Vývoj pokročilých materiálů s využitím metody laserového spékání, GA15-23274S, 2015-2017.
Zjistit více
-
ÚNAVOVÉ VLASTNOSTI KLÍČOVÝCH DÍLŮ STŘELNÝCH ZBRANÍ
Identifikace únavových materiálových charakteristik pro výpočty životnosti klíčových dílů střelných zbraní
Hlavním záměrem projektu bylo stanovení mechanických parametrů vybrané tepelně zpracované vysokopevnostní legované oceli a jejich srovnání s výsledky alternativního materiálu. Součástí řešení projektu jsou metalografické a fraktografické rozbory. Samostatnou oblastí byla ukázka možností zpřesněné identifikace iniciace trhliny a šíření malé trhliny s využitím metody akustické emise a dalších postupů NDT.
Cíl projektu
Cílem práce bylo experimentální stanovení základních mechanických parametrů zadané oceli. První skupina vzorků byla dodána v tepelně zušlechtěném stavu. Srovnávací skupina vzorků toto tepelné zpracování neměla. Zadavatelem dodaná legovaná ocel je využívána pro výrobu značně namáhaných dílců ručních palných zbraní. Současně byla požadována ukázka možností identifikace vzniku cyklického poškození vybranými postupy NDT.
Výzkum, vývoj a řešení
V rámci řešení projektu byly provedeny základní mechanické zkoušky stanoveného materiálu, Byly provedeny zkoušky tvrdosti HV1 a HRC, zkoušky tahem a zkoušky vysokocyklové únavy v čtyřbodovém ohybu při frekvenci zatěžování cca 75–85 Hz. Doplňkově byly provedeny základní metalografické a fraktografické rozbory. U části vzorků byla aplikována metoda akustické emise pro identifikaci poškozovacích dějů v průběhu zkoušení. Smluvní mez únavy oceli v zušlechtěném stavu při ohybovém zatěžování symetrickým střídavým cyklem byla přibližně o 70 % vyšší než u srovnávacího materiálu. Také v oblasti časované životnosti cca 5 104 až 1 105 zatěžovacích cyklů byla hodnota únavové pevnosti materiálu v zušlechtěném stavu cca o 40 % vyšší než u srovnávacího materiálu (tyto životnosti byly požadovány zadavatelem).
Dopad a výsledky projektu
Výstupem projektu jsou ověřené mechanické parametry sledované oceli, které umožní zpřesnit výpočty mechanicky velmi namáhaných dílců ručních palných zbraní vyráběných v České zbrojovce Uherský Brod. Tím je zvýšena spolehlivost výrobků této firmy. Současně byla prokázána možnost identifikace rozvoje poškození v průběhu cyklování vzorků využitím metody akustické emise.
Řešitel projektu za VUT v Brně
Finanční podpora
Inovační vouchery ve Zlínském kraji – III. etapa, č. CZ.1.12/2.2.00/ 43.02146.
Řešeno pro
