Het is niet zoiets als 'Thee, Earl Grey, heet' vragen en een dampend drankje laten verschijnen, maar bijna. "Je begint met een tekening van het onderdeel dat je wilt bouwen, je drukt op een knop en het deel komt eruit", zegt Karen Taminger, de technologieleider van NASA's Fundamental Aeronautics Program.
Electron Beam Freeform Fabrication of EBF3150 maakt onderdelen voor vliegtuigen - geen eten en drinken - en gebruikt een milieuvriendelijk constructieproces om gelaagde metalen objecten te vervaardigen. Deze techniek kan een revolutie teweegbrengen in de luchtvaartindustrie en kan ook toepassingen hebben voor het toekomstige ruimtevaartuig en de medische gemeenschap. Het kan worden gebruikt om kleine, gedetailleerde onderdelen of grote structurele vliegtuigen te maken.
EBF3150 werkt in een vacuümkamer, waar een elektronenbundel wordt gefocust op een constant aanvoerbron van metaal, die wordt gesmolten en vervolgens laag voor laag bovenop een roterend oppervlak wordt aangebracht totdat het onderdeel compleet is. Een gedetailleerde driedimensionale doorsnedetekening van het onderdeel wordt ingevoerd in de computer van het apparaat, met informatie over hoe het onderdeel van binnen naar buiten moet worden gebouwd. Dit leidt de elektronenbundel en en de instroom van metaal om het object te produceren en het laag voor laag op te bouwen.
Commerciële toepassingen voor EBF3150 zijn al bekend en het potentieel ervan is al getest, zei Taminger, waarbij hij opmerkt dat het mogelijk is dat binnen enkele jaren sommige vliegtuigen zullen vliegen met onderdelen die door dit proces zijn gemaakt.
De gebruikte metalen moeten compatibel zijn met de elektronenbundel, zodat deze door de energiestroom kan worden verwarmd en kort in vloeibare vorm kan worden omgezet. Aluminium is een ideaal materiaal om te gebruiken, maar ook andere metalen kunnen worden gebruikt. In feite kan de EBF3150 twee verschillende bronnen van het voedingsmetaal tegelijkertijd aan, door ze samen te mengen tot een unieke legering of door het ene materiaal in het andere in te bedden, zoals het inbrengen van een streng glasvezel in een aluminium onderdeel, maakt het mogelijk sensoren te plaatsen in gebieden die voorheen onmogelijk waren, zei Taminger.
Hoewel de op de grond geteste EBF3-apparatuur vrij groot en zwaar is, werd een kleinere versie gemaakt en met succes getest op een NASA-jet die wordt gebruikt om onderzoekers korte perioden van gewichtloosheid te bieden. De volgende stap is om een demonstratie van de hardware op het internationale ruimtestation te laten vliegen, zei Taminger.
Toekomstige bemanningen op de maanbasis zouden EBF3 kunnen gebruiken om reserveonderdelen te vervaardigen indien nodig, in plaats van te vertrouwen op een voorraad onderdelen die vanaf de aarde worden gelanceerd. Astronauten kunnen mogelijk voedermateriaal uit de maanbodem ontginnen of zelfs gebruikte landingsvaartuigen recyclen door ze te smelten.
Maar het directe en grootste potentieel voor het proces ligt in de luchtvaartindustrie, waar grote structurele segmenten van een vliegtuig, of behuizingen voor een straalmotor, voor ongeveer $ 1.000 per pond minder zouden kunnen worden vervaardigd dan conventionele middelen, zei Taminger.
Het apparaat is milieuvriendelijk omdat de unieke fabricagetechniek de hoeveelheid afval vermindert. Normaal gesproken zou een vliegtuigbouwer kunnen beginnen met een blok titanium van 6000 pond en het tot een gewicht van 300 pond bewerken, waardoor er 5700 pond materiaal overblijft dat moet worden gerecycled en waarbij duizenden liters snijvloeistof worden gebruikt die in het proces worden gebruikt.
"Met EBF3 kun je hetzelfde onderdeel opbouwen met slechts 350 pond titanium en slechts 50 pond wegwerken om het onderdeel in zijn uiteindelijke configuratie te krijgen," zei Taminger. "En het EBF3-proces gebruikt veel minder elektriciteit om hetzelfde onderdeel te creëren."
Hoewel de eerste onderdelen voor de luchtvaartindustrie eenvoudige vormen zullen zijn, kunnen reeds vervangen onderdelen worden vervangen, maar toekomstige onderdelen die helemaal opnieuw zijn ontworpen met het EBF3150-proces in gedachten, kunnen leiden tot verbeteringen in de efficiëntie van straalmotoren, het brandstofverbruik en de levensduur van componenten.
"Het heeft veel kracht om je onderdeel laag voor laag op te bouwen, omdat je interne holtes en complexiteiten kunt krijgen die niet mogelijk zijn met machinale bewerking vanuit een solide blok materiaal," zei Taminger.
Bekijk voor meer informatie de presentatie van Karen Taminger over de EBF3150.
Bron: NASA
