Cómo imprimir titanio en 3D con Bastion Cycles

Cómo imprimir titanio en 3D con Bastion Cycles


La tecnología moderna abre continuamente la puerta a nuevas ideas. El hidroformado de metales, el fresado controlado por computadora y el corte por láser son ahora comunes en la fabricación de piezas de bicicletas. Y aunque sigue siendo un nicho en su uso, puede agregar la impresión 3D a la lista.

Cuando se trata de impresión 3D de metal para bicicletas, pocos tienen más experiencia práctica que el equipo de Bastion Cycles con sede en Melbourne. Ellos usaron por primera vez Asas de titanio impresas en 3D en 2015 para producir la primera bicicleta de carretera personalizada de su tipo y la marca continúa perfeccionando la tecnología en la actualidad. Durante los últimos tres años, la joven empresa australiana ha confiado en las capacidades de impresión internas.

Bastion usa sus impresoras de metal 3D para producir los tacos de titanio que dictan la geometría personalizada y la rigidez de sus bicicletas con tubos de carbono, y a partir de este año, la marca ahora está produciendo su propias horquillas y cabinas, también. La compañía también produce componentes de cuadros para constructores personalizados australianos de renombre como Prova Cycles, Baum Cycles, Devlin, Mooro y más.

Entonces, ¿qué es exactamente el metal impreso en 3D? ¿Qué procesos están involucrados? ¿Y cuáles son las limitaciones? Para responder a estas preguntas, nos sentamos con el cofundador y director de ingeniería de Bastion, James Woolcock.

Paso uno: los datos

Antes de construir cualquier pieza, necesita los datos para decirle a las impresoras qué imprimir. En este sentido, la impresión 3D no es tan diferente de imprimir una fotografía digital u operar una fresadora CNC: debe tener un diseño y los datos de lo que le gustaría hacer.

“Nuestra fuerza principal es el modelado paramétrico”, dijo Woolcock. “Generamos el modelo CAD (diseño asistido por computadora) de lo que queremos imprimir. En nuestro caso [that data needs to] tenemos la celosía estructural suministrada al interior y luego usamos una capa exterior y una estructura de pared delgada.

“Luego preparamos esos datos [through another computer program – ed.] para ser cortado de una manera que la impresora pueda leer. Eso se convierte en un archivo de 3-4 gigabytes transferido a la impresora y le indica a la impresora que dirija el rayo láser solo a la parte de la sección transversal que estamos construyendo a la vez “.

Paso dos: a las impresoras

“La impresión 3D de metal que hacemos es con titanio, y ejecutamos dos Máquinas Renishaw que utilizan un láser para fundir el polvo de titanio capa por capa ”, explicó Woolcock sobre cómo las piezas se acumulan de forma aditiva.

El proceso es básicamente como soldar metal, pero en lugar de fundir piezas de metal preexistentes, ocurre una partícula de polvo a la vez. Cada una de las impresoras de Bastion cuenta con un solo láser que derrite la fina capa de polvo de titanio en su lugar. Eso sucede a una temperatura increíblemente alta, alrededor de 1.700 ° C, y eso significa que se debe usar un gas inerte (argón en este caso) para purgar la cámara de oxígeno.

(Dicha purga de oxígeno es común en los métodos de soldadura de titanio más tradicionales para garantizar resultados consistentes, pero la temperatura utilizada aquí significa el polvo de titanio encendería si no en presencia de un gas inerte).

Con cada capa, la máquina agrega más polvo hasta que, finalmente, las piezas se forman en una parte utilizable.

“Eventualmente” es quizás la clave. En el caso de Bastion, esas piezas utilizables suelen tardar dos días completos (48 horas) en imprimirse. Bastion hace un uso eficaz de ese tiempo imprimiendo varias piezas en una sola cama de impresión. “Nosotros tetris partes en [to the available space] y llenarlo tanto como podamos construir ”, dijo Woolcock.

“En ese tiempo estamos imprimiendo lo que efectivamente son las orejetas de la bicicleta, el eje de pedalier, el soporte de la cabeza, el soporte del asiento y las punteras, así como el acolchado del asiento. Para nuestros cuadros de bicicleta, unimos esos tacos con tubos de fibra de carbono. También estamos fabricando una variedad de otros componentes y piezas en titanio “.

El tamaño de la tabla es a menudo la limitación de lo que se puede imprimir. “Nuestras máquinas tienen una envolvente de construcción de 250 mm cuadrados y de hasta 330-340 mm de alto”, dijo Woolcock sobre lo que equivale a un cubo de aproximadamente un pie de potencial de impresión. “Necesitas bastante [titanium] polvo a mano para imprimir tan alto “.

Paso tres: recuperar la impresión

“Es bastante complicado”, dijo Woolcock cuando se le preguntó qué sigue a la impresión. “Te queda una placa de construcción que debe recuperarse, y todo el polvo de titanio que no se consumió debe recuperarse y reciclarse”.

No solo el proceso de impresión es lento y el polvo de titanio extremadamente caro, sino que también es potencialmente peligroso. Como resultado, las impresoras que utiliza Bastion se encuentran dentro de una sala limpia sellada. Cuando el polvo fino está expuesto, como cuando se termina una impresión, el personal debe usar overoles y respiradores, ya que el material sin fundir es inflamable y peligroso para los pulmones.

Una vez realizada la impresión, un miembro del personal recuperará toda la placa de construcción y retirará con cuidado el polvo sobrante. Este exceso de polvo de titanio se tamiza cuidadosamente. Las partículas sueltas que han sido tocadas por el láser se recogen para el reciclaje de chatarra de titanio, mientras que el polvo virgen se guarda para la siguiente tirada.

La placa de construcción completa ahora está lista para la siguiente etapa.

Paso cuatro: tratamiento térmico para aliviar el estrés

“Todavía hay tensión residual en las piezas del proceso de impresión”, dijo Woolcock. “La placa de construcción entra en un horno bajo argón, se somete a un tratamiento térmico y recocido proceso. Entonces las partes son fuertes y buenas, y están listas para funcionar “.

Bueno, casi.

Paso cinco: probar y separar las piezas

Eche un vistazo de cerca a las partes impresas y verá algunas pestañas delgadas que se parecen más a pinchos de cóctel que a cualquier cosa que se pueda usar para andar en bicicleta. Estos se imprimen específicamente para realizar pruebas por lotes, algo que Bastion hace con todas y cada una de las tiradas de impresión.

“Probamos muestras en cada construcción para asegurarnos de que estamos obteniendo el límite elástico y el alargamiento que esperamos”, dijo Woolcock. “Desde ese punto se pueden cortar las piezas de la placa de construcción, se retiran los soportes de sacrificio necesarios para sujetar las piezas. Y luego esas piezas pasan al mecanizado “.

La placa de construcción de metal (en la que están impresas las piezas) también está mecanizada y pulida, lista para su reutilización con la siguiente impresión.



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