Технология горячего изостатического прессования (HIP) изменяет Аддитивное производство в аэрокосмической промышленности и производстве медицинских имплантатов

Аддитивные технологии являются быстро растущей отраслью, еще много места для ее изучения и развития. Поэтому, это очень важная статья, которая расширяет возможности Аддитивного производства в таких важных отраслях как авиационная и медицинская, где применяются высокие требования к изготовлению ответственных компонентов. 

ГИП (HIP) — это технология, которая сейчас находится на подъеме, и она должна изменить рынок 3D-печати увеличившись на 19,5% к 2021 году, а, согласно исследованиям, ожидается, что она будет расти примерно на 17% в год до 2025 года.

«Применяя ГИП (HIP) к металлическим 3D-деталям, изготовленным с помощью 3D-печати, нам удается устранить любые возможные дефекты к ответственным деталям с повышенными требованиями, в таких отраслях как аэрокосмическая или производство имплантов», - объясняет Рубен Гарсия, менеджер проекта ГИП (HIP) в компании Hiperbaric производителя оборудования.

Технология ГИП (HIP) подвергает давлению в 2 000 бар и температуре 1 400 ° C внутри камеры 3D-детали изготовленные с помощью 3D-печати для улучшения механических свойств, таких как прочностные характеристики, упругость и пластичность. Также, для деталей с большой ответственностью, изготовленных с помощью 3D-печати в аддитивном производстве, ГИП (HIP) обеспечивает отличное качество, устраняя пористость компонентов, предназначенных для здравоохранения и аэрокосмической промышленности.

Базирующаяся в Бургосе компания Hiperbaric является единственной испанской компанией, которая производит оборудование ГИП(HIP). С 1999 года Hiperbaric занимается проектированием, производством и маркетингом промышленных технологий и продуктов высокого давления. С 2024 по 2027 год Hiperbaric стремится выпускать на рынок от трех до пяти установок ГИП(HIP) в год, что составит более 6% продаж компании и превысит 10 миллионов евро годовых продаж к 2027 году.

«ГИП (HIP) имеет огромный потенциал в качестве передовой производственной технологии», - говорит Иньиго Итурриса, директор по материалам и аддитивному производству в CEIT, одной из новаторских организаций в Испании в использовании этой технологии благодаря своим инновациям в материалах для 3D-печати.

В 2021 году Hiperbaric открыл первый инновационный центр ГИП (HIP) в Бургосе, первый в Южной Европе, где несколько исследователей тестируют новые разработки материалов с использованием ГИП (HIP) и изучают новые возможности, которые эта технология может принести в аддитивное производство, также применяя аддитивные технологии для своих собственных машин.

«Поскольку мы вовлечены в мир ГИП (HIP) для аддитивного производства, мы также стали использовать 3D-печать для создания нашего оборудования ГИП (HIP)», - говорит Гарсия, который объясняет преимущества, предоставляемые технологией. «В установке ГИП (HIP), которую мы сейчас строим, мы смогли спроектировать теплообменник для аддитивного производства, который очень быстро охлаждает содержимое загрузки».

                   Инновационный центр ГИП (HIP) Hiperbaric

Устранение дефектов и более легких конструкций

В дополнение к улучшению механических свойств, ГИП(HIP) увеличивает усталостную прочность и улучшает механические свойства детали с мелкозернистой микроструктурой. Эта технология устраняет пористость и другие внутренние дефекты и придает однородность материалам, также позволяет восстанавливать дефектные детали и создавать все более легкие конструкции.

Кроме того, оборудование выполняет важную опцию снижая расход материалов и затраты связанные с контролем качества, за счет внедрения статистического контроля методом неразрушающего контроля, тем самым уменьшая количество необходимых контролей качества.

«В настоящее время все авиационные компании прилагают усилия для снижения веса в самолетах, потому что это уменьшает количество выбросов CO2 в атмосферу», — добавляет Гарсия. 3D-печать предоставляет «абсолютную свободу геометрического дизайна», что позволяет проектировать детали, которые ранее были невозможны, такие детали, как спроектированные с использованием био-дизайна с костной геометрией, с новыми функциональными возможностями или внутренними каналами.

«3D-печать позволяет оптимизировать детали таким образом, что при уменьшении веса на 60% они сохраняют ту же функцию. Кроме того, это также уменьшает количество расходного материала, потому что используется только материал для изготовления детали», — объясняет Гарсия, добавляя, что авиационная промышленность ориентирована на гарантии качества производимых деталей, а ГИП (HIP) является для них важным решением данного условия, потому что «если бы они не могли аттестовывать детали 3D-печати, то возможно, им трудно было-бы гарантировать качество деталей без дефектов»

В этом смысле Hiperbaric сотрудничает в области промышленных исследований и разработок с инженерной компанией Aenium, специализирующейся на технологиях аддитивного производства и сложного материаловедения, где она использует технологию ГИП(HIP) для последующей обработки сложных металлических сплавов с высокой добавленной стоимостью и новых материалов для авиационной промышленности.

Среди наиболее широко используемых материалов в авиационной промышленности используются суперсплавы на основе никеля, такие как Inconel (IN718 / IN625), титановые сплавы (Ti64, TiAl) или медно-хром-ниобиевый сплав, который разработала компания НАСА: GRCop-42.

Использование ГИП (HIP) в атомной энергетике

Технология ГИП (HIP) начала разрабатываться в 1950-х годах для атомной энергетики в США для соединения аналогичных материалов, которые не могли быть сварены, потому что они имели разные свойства, но были соединены диффузионным соединением горячего прессования. С тех пор были разработаны применения для производственных процессов, таких как литье или порошковая металлургия, вплоть до аддитивного производства.

«Мы считаем, что в аддитивном производстве любая ответственная деталь, которая подвергается большим нагрузкам с механической точки зрения, должна пройти обработку при помощи ГИП (HIP)», — добавляет Гарсия.

ГИП (HIP) — это технология, широко используемая в автомобильной промышленности, особенно в спортивных автомобилях и командах Формулы-1, еще ей предстоит пройти долгий путь использования керамических шариков подшипников для авиационного сектора и для электромобилей, а также линз для телескопов или технических керамических деталей для спутников.

«В космосе есть очень сильные тепловые колебания, и керамические детали могут выдерживать их очень хорошо», — говорит Гарсия.

ГИП (HIP)- современная технология для сферы медицинского протезирования

Мировой рынок медицинских имплантатов пережил значительный рост за последние несколько десятилетий, но как ожидается он продолжит расти в ближайшие годы. Кроме того, этот рынок должен претерпеть большую революцию из-за возможностей индивидуального подхода к изготовлению имплантов, обеспечиваемых новыми технологиями, такими как аддитивное производство. Имплантаты будут идеально адаптироваться к анатомии каждого пациента, увеличивая успешность операций и уменьшая потребность в реабилитации. Сфера медицинских имплантатов в полной мере выигрывает от свободы проектирования, предлагаемой аддитивным производством благодаря ГИП (HIP). Пример, инженерная компания Optimus 3D, специализирующейся на технологиях аддитивного производства, она использует технологию ГИП (HIP) Hiperbaric для улучшения жизненного цикла срока службы имплантов путем устранения внутренних дефектов и пор, которые могут привести к появлению и распространению трещин и в конечном итоге могут привести к поломке имплантата. В некоторых случаях им удалось продлить срок службы имплантата в 33 раза. Производство тазобедренных имплантатов, коленных имплантатов или зубных имплантатов является одним из классических применений ГИП(HIP) для этой медицинской сфере.

Еще одно классическое применение в «выдувании» керамических деталей для промышленного применения, как это выполняется в компании Nanoker производителем передовых технических и нанокомпозитных керамических изделий и решений для различных высокотехнологичных применений, который также использует технологию ГИП (HIP).

Исследования и разработки Hiperbaric с применением технологии ГИП (HIP)

За последние 20 лет Hiperbaric разработал различные ноу-хау, которые позволили компании проектировать и разрабатывать технологию ГИП (HIP) в рамках различных исследовательских проектов.

Одним из них является проект SmartMat стоимостью 2,09 миллиона евро для исследования новых технологий в производстве новых материалов. Другой областью исследований является XtremHIP, для разработки высокопроизводительного оборудования ГИП (HIP) с опциями, основанными на прорывных технологиях, ориентированных на наиболее сложные применения в области аддитивного производства, передовых материалов, которые достигли 1,2 миллиона евро.

Аддитивные технологии являются быстро растущей отраслью, еще много места для изучения и развития. Поэтому, это очень важная статья, которая расширяет возможности Аддитивного производства в таких важных отраслях как авиационная и медицинская, где применяются высокие требования к изготовлению ответственных компонентов. 

Источник: https://www.tctmagazine.com