Napjainkban már a fémipari gyakorlatban is egyre inkább teret hódít a 3D-nyomtatás, melynek egyik fő oka az, hogy az eljárás segítségével fémporokból akár olyan bonyolult formájú alkatrészek is gyárthatók, amelyeket hagyományos fémfeldolgozási eljárásokkal nem lehetne előállítani. A Szent István Egyetem Gépészmérnöki Karának kutatóit ennek kapcsán az foglalkoztatja, hogy a rendkívüli szilárdságú szerszámacélból készült mintaeszközök mechanikai tulajdonságait miként befolyásolhatják a különböző gyártási körülmények.

A 3D-fémnyomtatás alapanyagait jelentő, széles választékban elérhető fémporokat szilárdsági paraméterek szerint kategorizálják, így a könnyű- és színesfémek, szerszámacélok, korrózióálló acélok vagy szuperötvözetek közül könnyen ki lehet választani az előállítani kívánt szerszámnak vagy alkatrésznek leginkább megfelelőt. Az egyik gyártási eljárás során a rendelkezésre álló 20-150 μm átmérőjű fémpor-szemcséket egy tárolóból juttatják a munkaterületre, ahol megfelelő energiasűrűségű lézerrel összeolvasztják azokat, miáltal a szemcsék között összetartó kötés jön létre. Az ily módon rétegről rétegre felépített alkatrész megszilárdulás után megtartja alakját, így utólagos forgácsolással, de akár anélkül is alkalmazható.

Fontos kiemelni ugyanakkor, hogy a 3D-nyomtatással készült eszközök mechanikai tulajdonságai a különböző irányokban eltérőek, továbbá mikrostruktúrájuk is jelentősen eltér az azonos anyagból, ám hagyományos fémfeldolgozási eljárással készült alkatrészekétől, melynek hátterében a 3D-nyomtatás folyamatának sajátosságai húzódnak. Emellett a lézeres porágyas technológiával készülő 3D-nyomtatott alkatrészek minőségét a lézersugár tulajdonságai, a szkennelési paraméterek és a környezeti tényezők is befolyásolják, ezek optimalizálására tehát a gyártás során kiemelt figyelmet kell fordítani. Az egyik legfontosabb megmunkálási paraméter például az energiasűrűség, melynek nem megfelelő szintje egyenetlen megszilárdulást, a vártnál gyengébb szerkezeti tulajdonságokat és porózusabb végeredményt ad.

Nagy Zoltán, a Szent István Egyetem Gépészmérnöki Karának hallgatója tudományos diákköri kutatómunkájában a téma kapcsán annak járt utána, hogy a DIN 1.2709 vagy X3NiCoMoTi18-9-5 szabványszámú szerszámacélból a tér különböző irányaiban nyomtatott próbatestek szilárdsága hogyan változik a különböző gyártási orientációk esetén. A mérési eredmények alapján megállapítható, hogy az ugyanolyan technológiával készülő, de különböző méretű próbatestek szilárdsági paraméterei szignifikánsan nem különböznek egymástól, azonban a 3D-nyomtatással létrehozott anyag keménysége jelentősen, 27 százalékkal elmaradt a hagyományos módon előállított termék keménységétől. A vizsgálatok során az is kiderült, hogy a gyártás során nagy jelentősége van a nyomtatási orientációnak is, ugyanis a 45°-ban álló 3D-nyomtatás esetén készült munkadarab ütőenergiája jelentősen nagyobbnak adódott. A mikroszkópos vizsgálatok során pedig még azt a pozitívumot is sikerült feltárni, hogy a 3D-nyomtatott anyag szerkezete tömör, jól átolvasztott, annak belsejében korróziónak vagy egyéb szennyeződésnek nincs nyoma. A kutatás későbbi fázisában a kutatócsoport színes fém-kerámia kompozit próbatestek szilárdsági eredményeit fogja összehasonlítani a most kapott referenciaadatokkal.

A kutatómunka a VEKOP-2.2.1-16. számú pályázat támogatásával valósult meg Dr. Szakál Zoltán, a SZIE Gépipari Technológiai Intézet Anyag- és Gépgyártástechnológia Tanszék egyetemi docensének témavezetése alatt.

A cikk megjelenését a Szent István Egyetem támogatta.