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Ist der 3D-Druck eine Bedrohung für das Schmieden?

2021-11-25

Am März 7th, Schmieden Eisenwaren, die Menschheit hat eine Geschichte von etwa 6,000 Jahren, und viele Orte haben noch die älteste Metallverarbeitung und Schmieden Technologie. 

Der Schmiedeprozess übt Kraft aus, um das Metall zu formen. Modernes Schmieden ist in der Regel mit der Hochtemperaturerwärmung von Metallwerkstücken verbunden, damit sie mit maschinengetriebenen Hämmern oder Pressen in entsprechende Formen gebracht werden können, manchmal unter Verwendung von Formen, um das Material in bestimmte geometrische Formen zu zerkleinern. Es gibt jedoch andere Schmiedetechniken, die mit kalten Temperaturen sicherstellen, dass sich Metallteile nicht durch hohe Temperaturen ausdehnen und so die Stabilität verbessern.

Ist der 3D-Druck eine Bedrohung für das Schmieden?

In der additiven Fertigungsindustrie (AM) sprechen wir gerne über die verschiedenen traditionellen Fertigungsverfahren, die durch den 3D-Druck zerstört wurden, und das gleiche gilt für das Schmieden. Wie die additive Fertigung jedoch die Welt des Schmiedens verändern wird, um genau zu sein, unterscheidet sich vom Gießen und Bearbeiten. Schmiedestücke haben große Vorteile in Bezug auf die physikalische Festigkeit von Schmiedestücken. Da ihre innere Kornstruktur verformt wird, um der allgemeinen Form des Teils zu folgen, ist seine Festigkeit höher als die von gegossenen oder bearbeiteten Teilen. Die Materialkosten für den Schmiedeprozess sind im Allgemeinen billiger, aber die Kosten für das Schmieden von Pressen und Formen können hoch sein, und die Teile erfordern normalerweise eine Nachbearbeitung (wie z CNC-Bearbeitung) um die endgültige Form zu erreichen.

Daher ist Schmieden normalerweise Teilen mit weniger komplexen Geometrien vorbehalten, die aus billigeren Metallen (wie Eisen und Stahl) mit hoher Wiederholgenauigkeit hergestellt werden müssen. Dies kann Radachsen, Königszapfen, Achskörper und Autoteile bedeuten; Öl und Gas Ventils und Zubehör; Zangen, Hämmer, Schlitten und Schraubenschlüssel für Eisenwaren und Werkzeuge; Pleuel, Zylinder und Scheiben in der allgemeinen Industrie; Granaten, Auslöser und andere Artillerieteile; sowie Schotten, Holme, Scharniere, Motorstützen, Konsolen und Träger in der Luft- und Raumfahrt. Offensichtlich können einige dieser Komponenten von einer vertikalen Richtung in eine andere vertikale Richtung übergehen (z. B. Halterungen und Scharniere).

Wer mit der additiven Fertigungstechnologie vertraut ist, wird vielleicht das Gefühl haben, dass die additive Fertigung am besten geeignet ist, um den Schmiedemarkt zu beeinflussen: geringe geometrische Komplexität, aber hohe Materialfestigkeit. Wenn Sie wie wir denken, sollten Sie die Möglichkeit der Verwendung von Directed Energy Deposition (DED) bei der Herstellung von Teilen in Betracht ziehen, die der endgültigen Form angenähert sind. DED hat viele der gleichen Vorteile wie Schmieden und ist für viele der gleichen Anwendungen geeignet, bietet aber auch einige andere Vorteile. Mit geblasenem Pulver oder Draht kann DED schnell mittelgroße bis große Teile nahe der endgültigen Form formen. Diese Teile werden normalerweise als "Rohlinge" bezeichnet und dann mit CNC-Bearbeitung fertig bearbeitet.

DED kann ohne den Einsatz von Werkzeugen Metallteile herstellen, die näher an der endgültigen gewünschten Form sind als beim Schmieden. Darüber hinaus kann DED bei teureren Materialien (wie Titan) kostengünstiger sein. Bei Schmiedeteilen, die normalerweise Formen erfordern, kann DED die Geschwindigkeit deutlich erhöhen. Im Gegenzug hat DED das Potenzial, Form-, Material- und Verarbeitungskosten für bestimmte Komponenten zu reduzieren.

Insbesondere wenn die Massenfertigung keine Bedeutung hat, wird die Anzahl dieser Teile reduziert, und AM ist tatsächlich billiger als Schmieden. Das bedeutet kurzfristig professionelle Bauteile und Prototypen. Mit anderen Worten, die Luft- und Raumfahrt ist das Hauptgebiet des DED und derzeit eine Alternative zum Schmieden. Es gibt viele DED-Unternehmen für die Luft- und Raumfahrtindustrie, unter denen Flugzeughersteller die in den Flugzeugen installierten Prozesse und Teile qualifiziert haben.

In Bezug auf die Bauteilfestigkeit erfahren DED-Komponenten während des Abscheidungsprozesses einen großen thermischen Gradienten, der zu Eigenspannungen führen kann, die zu Verformungen führen und die Gesamtfestigkeit des Bauteils negativ beeinflussen können. In einigen Fällen kann sogar eine Wärmebehandlung während der eigentlichen Herstellung der Teile erforderlich sein, um Spannungen abzubauen. Natürlich arbeiten Systemhersteller hart daran, diese Probleme zu lösen, einschließlich einer geschlossenen Qualitätskontrolle und -überwachung sowie einer Simulationssoftware, die die Belastung der gedruckten Teile ausgleichen kann.

Kommentar zum China 3D Printing Network: Daher ist das Schmieden wahrscheinlich nicht durch die additive Fertigung gefährdet, sondern ergänzt sie. Schmieden ist nach wie vor die erste Wahl für die Massenfertigung von massiven, geometrisch einfachen Teilen, während DED für kleine (meist mittlere und große) Sonderteile eingesetzt werden kann, ansonsten erfordern diese Teile Werkzeuge oder müssen aus Hochleistungs-, wie Edelmetallen gefertigt werden . Dies kann die Boeing 787 Dreamliner Structural Parts oder die A350 XWB Titanhalterung umfassen. Sobald das DED-System für solche Projekte eingeführt ist, lassen sich Hilfsanwendungen der Technologie finden. Zum Beispiel können DED-Maschinen verwendet werden, um Schmiedegesenke zu reparieren oder andere Merkmale auf Schmiedeteilen abzuscheiden. Tatsächlich hat Arconic einen neuen additiven Prozess namens Ampliforge entwickelt, bei dem DED-Teile zuerst hergestellt und dann geschmiedet werden, um die richtigen Materialeigenschaften der Teile zu gewährleisten.

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