100 Mesh – 400 Mesh Metallpulver-Wasserzerstäubermaschine
Technische Parameter
| Modellnr. | HS-MGA5 | HS-MGA10 | HS-MGA30 | HS-MGA50 | HS-MGA100 |
| Stromspannung | 380 V, 3 Phasen, 50/60 Hz | ||||
| Stromversorgung | 15 kW | 30 kW | 30 kW/50 kW | 60 kW | |
| Kapazität (Au) | 5 kg | 10 kg | 30 kg | 50 kg | 100 kg |
| Maximale Temperatur. | 1600 °C/2200 °C | ||||
| Schmelzzeit | 3-5 Minuten. | 5-8 Min. | 5-8 Min. | 6-10 Min. | 15-20 Min. |
| Partikelkörner (Netz) | 200#-300#-400# | ||||
| Temperaturgenauigkeit | ±1°C | ||||
| Vakuumpumpe | Hochwertige Vakuumpumpe mit hohem Vakuumgrad | ||||
| Ultraschallsystem | Hochwertiges Ultraschall-Systemsteuerungssystem | ||||
| Funktionsweise | Ein einziger Tastendruck genügt, um den gesamten Prozess abzuschließen – das narrensichere POKA YOKE-System. | ||||
| Steuerungssystem | Intelligentes Steuerungssystem mit Mitsubishi-SPS und Mensch-Maschine-Schnittstelle | ||||
| Inertgas | Stickstoff/Argon | ||||
| Kühlart | Wasserkühler (separat erhältlich) | ||||
| Abmessungen | ca. 3575 x 3500 x 4160 mm | ||||
| Gewicht | ca. 2150 kg | ca. 3000 kg | |||
Das Zerstäubungsverfahren ist ein neues Verfahren, das in den letzten Jahren in der Pulvermetallurgie entwickelt wurde. Es zeichnet sich durch einen einfachen Prozess, eine leicht zu erlernende Technologie, geringe Oxidationsanfälligkeit des Materials und einen hohen Automatisierungsgrad aus.
1. Der genaue Prozessablauf ist folgender: Nachdem die Legierung (das Metall) im Induktionsofen geschmolzen und raffiniert wurde, wird die flüssige Metallmasse in den Wärmespeichertiegel gegossen und gelangt durch das Führungsrohr und die Düse. Dabei wird der Schmelzfluss durch einen Hochdruck-Flüssigkeitsstrom (oder Gasstrom) unterbrochen. Das zerstäubte Metallpulver erstarrt und setzt sich im Zerstäubungsturm ab, bevor es zur Sammlung und weiteren Trennung in den Pulverauffangbehälter fällt. Dieses Verfahren findet breite Anwendung in der Herstellung von Nichteisenmetallpulvern wie Eisen-, Kupfer-, Edelstahl- und Legierungspulver. Die Fertigungstechnologie kompletter Anlagen zur Herstellung von Eisen-, Kupfer-, Silber- und Legierungspulver ist zunehmend ausgereift.
2. Anwendung und Funktionsprinzip von Wasserzerstäubungs-Pulverisierungsanlagen: Wasserzerstäubungs-Pulverisierungsanlagen sind Geräte, die für die Zerstäubung von Metallen unter atmosphärischen Bedingungen entwickelt wurden und in der industriellen Massenproduktion eingesetzt werden. Das Funktionsprinzip von Wasserzerstäubungs-Pulverisierungsanlagen ähnelt dem Schmelzen von Metallen oder Metalllegierungen unter atmosphärischen Bedingungen. Unter Schutzgasatmosphäre fließt die Metallschmelze durch den wärmeisolierten Verteiler und das Umlenkrohr, während ultrahochdruckwasser durch die Düse strömt. Die Metallschmelze wird zerstäubt und in eine Vielzahl feiner Metalltröpfchen zerlegt. Diese Tröpfchen formen sich unter dem Einfluss der Oberflächenspannung und der schnellen Abkühlung des Wassers während des Fluges zu subsphärischen oder unregelmäßigen Partikeln, wodurch der Mahlvorgang erreicht wird.
3. Die Wasserzerstäubungs-Pulverisierungsanlage weist folgende Merkmale auf: 1. Sie kann die meisten Metalle und deren Legierungspulver kostengünstig herstellen. 2. Es können subsphärische oder unregelmäßige Pulver hergestellt werden. 3. Aufgrund der schnellen Erstarrung und der fehlenden Entmischung lassen sich viele spezielle Legierungspulver herstellen. 4. Durch die Anpassung des Prozesses kann die Pulverpartikelgröße im gewünschten Bereich eingestellt werden.
4. Aufbau der Wasserzerstäubungs-Pulverisierungsanlage: Die Wasserzerstäubungs-Pulverisierungsanlage besteht aus folgenden Komponenten: Schmelzofen, Verteilersystem, Zerstäubungssystem, Schutzgassystem, Hochdruckwassersystem, Pulversammel-, Entwässerungs- und Trocknungssystem, Siebsystem, Kühlwassersystem, SPS-Steuerung, Plattformsystem usw. 1. Schmelzofen und Verteilersystem: Es handelt sich um einen Mittelfrequenz-Induktionsschmelzofen, bestehend aus: Ofengehäuse, Induktionsspule, Temperaturmessgerät, Kippvorrichtung, Verteiler und weiteren Komponenten. Das Ofengehäuse ist eine Rahmenkonstruktion aus Kohlenstoffstahl und Edelstahl. In der Mitte ist eine Induktionsspule installiert, in der ein Tiegel zum Schmelzen und Gießen platziert ist. Der Verteiler ist auf dem Düsensystem montiert, dient der Aufnahme der Metallschmelze und der Wärmespeicherung. Er ist kleiner als der Tiegel des Schmelzofens. Der Verteilerofen verfügt über ein eigenes Heiz- und Temperaturmesssystem. Das Heizsystem des Warmhalteofens arbeitet mit zwei Methoden: Widerstandsheizung und Induktionsheizung. Die Temperatur bei der Widerstandsheizung erreicht in der Regel 1000 °C, bei der Induktionsheizung 1200 °C oder mehr. Hierbei ist jedoch die Wahl des Tiegelmaterials entscheidend. 2. Zerstäubungssystem: Das Zerstäubungssystem besteht aus Düsen, Hochdruckwasserleitungen, Ventilen usw. 3. Schutzgassystem: Um beim Pulverisieren die Oxidation von Metallen und Legierungen sowie den Sauerstoffgehalt des Pulvers zu reduzieren, wird dem Zerstäubungsturm üblicherweise eine bestimmte Menge Schutzgas zugeführt. 4. Ultrahochdruckwassersystem: Dieses System versorgt die Zerstäubungsdüsen mit Hochdruckwasser. Es besteht aus Hochdruckwasserpumpen, Wassertanks, Ventilen, Hochdruckschläuchen und Stromschienen. 5. Kühlsystem: Die gesamte Anlage ist wassergekühlt; das Kühlsystem ist daher unerlässlich. Die Temperatur des Kühlwassers wird auf dem Sekundärinstrument angezeigt, um den sicheren Betrieb des Geräts zu gewährleisten. 6. Steuerungssystem: Das Steuerungssystem ist die Betriebszentrale des Geräts. Alle Vorgänge und zugehörigen Daten werden an die SPS des Systems übertragen, die Ergebnisse verarbeitet, gespeichert und angezeigt.
Forschung und Entwicklung sowie Produktion von professionellen Anlagen zur Herstellung neuer Pulvermaterialien, Bereitstellung professioneller Serienlösungen für die Produktion fortschrittlicher neuer Pulvermaterialien, sphärische Pulverherstellungstechnologie mit unabhängigen Schutzrechten / runde und flache Pulverherstellungstechnologie / Streifenpulverherstellungstechnologie / Flockenpulverherstellungstechnologie sowie ultrafeine/Nano-Pulverherstellungstechnologie, Pulverherstellungstechnologie mit hoher chemischer Reinheit.
Verfahren zur Herstellung von Metallpulver mittels Wasserzerstäubung (Pulverisierungsanlage)
Die Herstellung von Metallpulver mittels Wasserzerstäubung hat eine lange Tradition. Schon in der Antike goss man geschmolzenes Eisen in Wasser, um es zu feinen Metallpartikeln zu zerstäuben, die als Rohstoffe für die Stahlherstellung dienten. Auch heute noch gibt es Menschen, die geschmolzenes Blei direkt in Wasser gießen, um Bleipellets herzustellen. Die Herstellung von grobem Legierungspulver mittels Wasserzerstäubung basiert auf demselben Prinzip wie die oben beschriebene Zerstäubung von flüssigem Metall, jedoch wurde die Zerstäubungseffizienz deutlich verbessert.
Die Anlage zur Pulverisierung mittels Wasserzerstäubung stellt grobes Legierungspulver her. Zunächst wird das grobe Gold im Ofen geschmolzen. Die Goldschmelze muss um etwa 50 Grad überhitzt und anschließend in den Verteiler gegossen werden. Vor der Zufuhr der Goldschmelze wird die Hochdruckwasserpumpe gestartet, wodurch die Hochdruck-Wasserzerstäubungsanlage mit dem Werkstück beginnt. Die Goldschmelze im Verteiler durchströmt den Strahl und gelangt durch die Leckdüse am Boden des Verteilers in den Zerstäuber. Der Zerstäuber ist die Schlüsselkomponente für die Herstellung von grobem Goldlegierungspulver mittels Hochdruckwassernebel. Die Qualität des Zerstäubers hängt von der Zerkleinerungseffizienz des Metallpulvers ab. Unter dem Einfluss des Hochdruckwassers aus dem Zerstäuber wird die Goldschmelze kontinuierlich in feine Tröpfchen zerstäubt, die in die Kühlflüssigkeit der Anlage fallen und dort schnell zu Legierungspulver erstarren. Im herkömmlichen Verfahren der Metallpulverherstellung mittels Hochdruckwasserzerstäubung kann das Metallpulver kontinuierlich gesammelt werden, jedoch geht eine geringe Menge Metallpulver mit dem Zerstäubungswasser verloren. Bei der Herstellung von Legierungspulver durch Hochdruckwasserzerstäubung wird das zerstäubte Produkt in der Zerstäubungsvorrichtung konzentriert, nach der Ausfällung und Filtration (gegebenenfalls kann es getrocknet werden und wird üblicherweise direkt zum nächsten Prozess weitergeleitet), um feines Legierungspulver zu erhalten. Im gesamten Prozess gibt es keinen Verlust an Legierungspulver.
Ein vollständiger Satz von Wasserzerstäubungs-Pulverisierungsanlagen. Die Anlage zur Herstellung von Legierungspulver besteht aus folgenden Teilen:
Schmelzteil:Es kann ein Mittelfrequenz-Metallschmelzofen oder ein Hochfrequenz-Metallschmelzofen ausgewählt werden. Die Ofenkapazität richtet sich nach der zu verarbeitenden Menge an Metallpulver; es kann ein 50-kg-Ofen oder ein 20-kg-Ofen gewählt werden.
Atomisierungsteil:Die Ausrüstung in diesem Abschnitt ist Sonderausrüstung und muss entsprechend den Gegebenheiten vor Ort des Herstellers konstruiert und angeordnet werden. Im Wesentlichen handelt es sich um Verteiler: Bei der Herstellung im Winter muss der Verteiler vorgeheizt werden. Zerstäuber: Der Zerstäuber wird mit Hochdruckwasser versorgt. Das Hochdruckwasser der Pumpe trifft mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit und einem bestimmten Winkel auf die Goldlösung im Verteiler und zerstäubt sie in Metalltröpfchen. Bei gleichem Wasserdruck hängt die Menge des feinen Metallpulvers nach der Zerstäubung von der Zerstäubungseffizienz des Zerstäubers ab. Zerstäubungszylinder: Hier wird das Legierungspulver zerstäubt, zerkleinert, gekühlt und gesammelt. Um zu verhindern, dass das ultrafeine Legierungspulver mit Wasser verloren geht, muss es nach der Zerstäubung eine Zeit lang ruhen, bevor es in den Pulverauffangbehälter gefüllt wird.
Nachbearbeitungsteil:Pulverauffangbehälter: dient zum Auffangen des zerstäubten Legierungspulvers und zum Abtrennen und Entfernen von überschüssigem Wasser; Trockenofen: zum Trocknen des feuchten Legierungspulvers mit Wasser; Siebmaschine: zum Sieben des Legierungspulvers; gröberes Legierungspulver, das nicht den Spezifikationen entspricht, kann als Rücklaufmaterial erneut eingeschmolzen und zerstäubt werden.
Vakuum-Luftzerstäubungstechnologie und ihre Anwendung
Das mittels Vakuum-Luftzerstäubung hergestellte Pulver zeichnet sich durch hohe Reinheit, geringen Sauerstoffgehalt und feine Partikelgröße aus. Nach jahrelanger kontinuierlicher Innovation und Verbesserung hat sich die Vakuum-Luftzerstäubungstechnologie zum Hauptverfahren für die Herstellung von Hochleistungsmetall- und Legierungspulvern entwickelt und ist zu einem wichtigen Faktor für die Förderung der Forschung an neuen Materialien und die Entwicklung neuer Technologien geworden. Der Autor erläutert Prinzip, Prozess und Pulvermahlanlagen der Vakuum-Luftzerstäubung und analysiert die Arten und Anwendungen der so hergestellten Pulver.
Die Zerstäubung ist ein Pulverherstellungsverfahren, bei dem ein schnell strömendes Fluid (Zerstäubungsmedium) die Metall- oder Legierungsschmelze in feine Tröpfchen zerstäubt, die anschließend zu einem festen Pulver kondensieren. Die zerstäubten Pulverpartikel weisen nicht nur die gleiche homogene chemische Zusammensetzung wie die ursprüngliche Schmelze auf, sondern verfeinern durch die schnelle Erstarrung auch die Kristallstruktur und verhindern die Makroseigerung der zweiten Phase. Als Zerstäubungsmedium werden üblicherweise Wasser oder Ultraschall verwendet; man spricht dann von Wasserzerstäubung bzw. Gaszerstäubung. Metallpulver, die durch Wasserzerstäubung hergestellt werden, zeichnen sich durch hohe und wirtschaftliche Ausbeute sowie eine schnelle Abkühlrate aus, weisen jedoch einen hohen Sauerstoffgehalt und eine unregelmäßige, meist plättchenförmige Morphologie auf. Pulver, die mittels Ultraschallzerstäubung hergestellt werden, zeichnen sich durch kleine Partikelgröße, hohe Sphärizität und niedrigen Sauerstoffgehalt aus und haben sich zum Hauptverfahren für die Herstellung von hochleistungsfähigen, sphärischen Metall- und Legierungspulvern entwickelt.
Die Vakuumschmelz-Hochdruckgaszerstäubungs-Pulverisierungstechnologie vereint Hochvakuum-, Hochtemperatur- und Hochdruckgastechnologie und wurde entwickelt, um den Anforderungen der Pulvermetallurgie, insbesondere der Herstellung hochwertiger Legierungen mit aktiven Elementen, gerecht zu werden. Die Ultraschall-/Gaszerstäubungs-Pulverisierungstechnologie ist ein neues Schnellverfestigungsverfahren. Dank der hohen Abkühlgeschwindigkeit zeichnet sich das Pulver durch feines Korn, homogene Zusammensetzung und hohe Feststofflöslichkeit aus.
Zusätzlich zu den oben genannten Vorteilen weist das durch Vakuumschmelzen mit Hochdruckgaszerstäubung hergestellte Metallpulver drei weitere Merkmale auf: hohe Reinheit, geringer Sauerstoffgehalt, hohe Ausbeute an feinem Pulver und hohe Kugelform. Struktur- und Funktionswerkstoffe aus diesem Pulver bieten gegenüber herkömmlichen Werkstoffen zahlreiche Vorteile hinsichtlich ihrer physikalischen und chemischen Eigenschaften. Zu den entwickelten Pulvern zählen Superlegierungspulver, thermisch gespritztes Legierungspulver, Kupferlegierungspulver und Edelstahlpulver.
1. Vakuum-Luftzerstäubungsverfahren und -ausrüstung für die Pulververmahlung
1.1 Vakuum-Luftzerstäubungsverfahren zum Pulvermahlen
Das Vakuum-Luftzerstäubungsverfahren ist ein neuartiges Verfahren, das in den letzten Jahren in der Metallpulverherstellung entwickelt wurde. Es zeichnet sich durch geringe Oxidationsneigung der Werkstoffe, schnelles Abschrecken des Metallpulvers und einen hohen Automatisierungsgrad aus. Im Detail läuft der Prozess wie folgt ab: Nach dem Schmelzen und Raffinieren der Legierung (des Metalls) in einem Induktionsofen wird die Metallschmelze in einen wärmeisolierten Behälter gegossen, gelangt durch das Führungsrohr und die Düse und wird durch einen Hochdruckgasstrom zerstäubt. Das zerstäubte Metallpulver erstarrt, sammelt sich im Zerstäubungsturm und fällt in den Pulverauffangbehälter.
Zerstäubungsanlage, Ultraschallzerstäubung und Metallfluss sind die drei grundlegenden Aspekte der Gaszerstäubung. In der Zerstäubungsanlage wird der eingespritzte Ultraschall beschleunigt und interagiert mit dem eingespritzten Metallfluss, wodurch ein Strömungsfeld entsteht. In diesem Strömungsfeld wird der Metallfluss zerkleinert, abgekühlt und erstarrt, wodurch ein Pulver mit bestimmten Eigenschaften gewonnen wird. Zu den Parametern der Zerstäubungsanlage gehören Düsenstruktur, Katheterstruktur und Katheterposition. Die Parameter des Zerstäubungsgases umfassen Ultraschalleigenschaften, Lufteintrittsdruck und Luftgeschwindigkeit. Die Parameter des Metallflusses umfassen Fließeigenschaften, Überhitzung und Durchflussdurchmesser. Durch die Ultraschallzerstäubung lassen sich Partikelgröße, Partikelgrößenverteilung und Mikrostruktur des Pulvers durch die Anpassung und das Zusammenspiel dieser Parameter gezielt einstellen.
1.2 Vakuum-Luftzerstäubungs-Pulverisierungsanlage
Die derzeitigen Vakuumzerstäubungsanlagen zur Pulverisierung umfassen hauptsächlich ausländische und inländische Anlagen. Ausländische Anlagen zeichnen sich durch hohe Stabilität und präzise Steuerung aus, sind jedoch in der Anschaffung und im Unterhalt teuer. Inländische Anlagen hingegen sind kostengünstiger und wartungsfreundlicher. Allerdings beherrschen inländische Hersteller in der Regel nicht die Kerntechnologien wie Zerstäubungsdüsen und Zerstäubungsprozesse. Derzeit halten ausländische Forschungsinstitute und Produktionsunternehmen ihre Technologien streng geheim, sodass spezifische und industrialisierte Prozessparameter nicht aus der Fachliteratur und Patenten zugänglich sind. Dies führt zu einer zu geringen Ausbeute an hochwertigem Pulver, was die Wirtschaftlichkeit beeinträchtigt und der Hauptgrund dafür ist, dass in China trotz zahlreicher Produktions- und Forschungseinrichtungen für Aerosolpulver bisher keine industrielle Herstellung von hochwertigem Pulver möglich war.
Die Struktur der Ultraschallzerstäubungs-Pulverisierungsanlage besteht aus folgenden Teilen: Mittelfrequenz-Induktionsschmelzofen, Warmhalteofen, Zerstäubungssystem, Zerstäubungsbehälter, Staubabscheidesystem, Ultraschallversorgungssystem, Wasserkühlsystem, Steuerungssystem usw.
Aktuelle Forschungsarbeiten zur Aerosolisierung konzentrieren sich hauptsächlich auf zwei Aspekte. Zum einen werden die Parameter der Düsenstruktur und die Eigenschaften des Luftstrahls untersucht. Ziel ist es, den Zusammenhang zwischen dem Strömungsfeld und der Düsenstruktur zu ermitteln, sodass der Ultraschall am Düsenaustritt eine optimale Geschwindigkeit bei gleichzeitig geringem Ultraschallvolumenstrom erreicht. Dies liefert eine theoretische Grundlage für die Konstruktion und Bearbeitung der Düse. Zum anderen wird der Zusammenhang zwischen den Zerstäubungsprozessparametern und den Pulvereigenschaften untersucht. Hierbei wird der Einfluss der Zerstäubungsprozessparameter auf die Pulvereigenschaften und die Zerstäubungseffizienz düsenspezifisch analysiert, um die Pulverproduktion zu optimieren und zu steuern. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Steigerung der Produktivität von Feinpulver und die Reduzierung des Gasverbrauchs die Entwicklungsrichtung der Ultraschallzerstäubungstechnologie bestimmen.
1.2.1 Verschiedene Düsentypen für die Ultraschallzerstäubung
Das Zerstäubungsgas erhöht Geschwindigkeit und Energie durch die Düse und zerkleinert so das flüssige Metall effektiv, wodurch das gewünschte Pulver entsteht. Die Düse steuert Strömung und Strömungsmuster des Zerstäubungsmediums und spielt eine entscheidende Rolle für die Zerstäubungseffizienz und die Stabilität des Zerstäubungsprozesses. Sie ist die Schlüsseltechnologie der Ultraschallzerstäubung. In der Frühphase der Gaszerstäubung wurden üblicherweise Freifalldüsen verwendet. Diese Düsen sind einfach konstruiert, verstopfen selten und lassen sich relativ leicht steuern. Ihre Zerstäubungseffizienz ist jedoch gering, und sie eignen sich nur für die Herstellung von Pulver mit einer Partikelgröße von 50–300 µm. Um die Zerstäubungseffizienz zu verbessern, wurden später Drosseldüsen oder eng gekoppelte Zerstäubungsdüsen entwickelt. Die eng gekoppelte Düse verkürzt die Flugstrecke des Gases und reduziert den kinetischen Energieverlust im Gasstrom. Dadurch erhöhen sich Geschwindigkeit und Dichte des mit dem Metall interagierenden Gasstroms, was wiederum die Ausbeute an feinem Pulver steigert.
1.2.1.1 Umfangsschlitzdüse
Ultraschall unter hohem Druck tritt tangential in die Düse ein. Anschließend wird er mit hoher Geschwindigkeit ausgestoßen und bildet einen Wirbel.
Um den 3D-Druck weiterzuentwickeln, muss China seine eigene Innovations- und Industriekette aufbauen.
In den letzten zwei Jahren hat die additive Fertigungsindustrie nationale strategische Bedeutung erlangt. Dokumente wie „Made in China 2025“ und der „Nationale Aktionsplan zur Entwicklung der additiven Fertigungsindustrie (2015–2016)“ wurden veröffentlicht. Die additive Fertigungsindustrie hat sich rasant entwickelt, und technologiebasierte Unternehmen boomen. Trotzdem befindet sich die Branche aufgrund ihrer frühen Entwicklungsphase noch in einem niedrigen Maßstab. Experten bestätigen, dass importierte Ausrüstung den chinesischen Markt derzeit aggressiv überschwemmt. Am Beispiel von Metall-Druckanlagen lässt sich zeigen, dass ausländische Unternehmen integrierte Paketlösungen aus Materialien, Software, Ausrüstung und Prozessen anbieten. China muss die Forschung und Entwicklung von Kerntechnologien und Originaltechnologien beschleunigen und eine eigene Innovations- und Industriekette aufbauen.
Die Marktaussichten sind gut.
Laut einem McKinsey-Bericht rangiert die additive Fertigung unter den zwölf Technologien mit disruptivem Einfluss auf das menschliche Leben auf Platz neun – noch vor neuen Werkstoffen und Schiefergas. Prognosen zufolge wird der Markt für additive Fertigung bis 2030 ein Volumen von rund einer Billion US-Dollar erreichen. Bereits 2015 wurde diese Entwicklung beschleunigt, indem argumentiert wurde, dass der globale Markt für additive Fertigung bis 2020, also drei Jahre später, ein Volumen von 550 Milliarden US-Dollar erreichen könnte. Der McKinsey-Bericht ist keine Sensation.
Lu Bingheng, Akademiemitglied der Chinesischen Akademie der Ingenieurwissenschaften und Direktor des Nationalen Innovationszentrums für Additive Fertigung, verwendete die Zahl „viereinhalb“, um die zukünftigen Marktaussichten der additiven Fertigung zusammenzufassen.
Mehr als die Hälfte des zukünftigen Produktwerts ist bereits gestaltet;
Mehr als die Hälfte der Produktproduktion ist kundenspezifisch;
Mehr als die Hälfte der Produktionsmodelle basieren auf Crowdsourcing;
Mehr als die Hälfte aller Innovationen stammen von Entwicklern.
Die additive Fertigung ist eine bahnbrechende Technologie, die die Entwicklung der Fertigungsindustrie vorantreibt. Sie eignet sich hervorragend zur Unterstützung von Designinnovationen, kundenspezifischer Produktion, Maker-Innovationen und Crowdsourcing-Fertigung. „Noch wichtiger ist, dass die additive Fertigung in meinem Land eine seltene Technologie ist, die mit dem weltweiten Trend Schritt hält. Chinas Forschung im Bereich 3D-Druck ist derzeit weltweit führend.“
Lu Bingheng erklärte, dass China dank der im eigenen Land entwickelten großflächigen 3D-Druck-, Metallzerstäubungs- und Fräsanlagen derzeit eine international führende Position bei der Anwendung großflächiger, tragender Flugzeugbauteile einnimmt und als Vorreiter in der Forschung und Entwicklung von Militär- und Großflugzeugen fungiert. Darüber hinaus werden großflächige Strukturbauteile aus Titanlegierungen in der Forschung und Entwicklung von Flugzeugfahrwerken und der C919 eingesetzt.
Im Hinblick auf die Anwendung belegt mein Land mit seiner installierten Kapazität an Industrieanlagen weltweit den vierten Platz. Der Markt für kommerzielle Metalldruckanlagen ist jedoch noch relativ schwach und stark von Importen abhängig. Laut Akademiemitglied Lu Bingheng besteht das übergeordnete Ziel Chinas im Bereich der additiven Fertigung darin, innerhalb von fünf Jahren die zweitgrößte installierte Kapazität und den drittgrößten Anlagenabsatz weltweit zu erreichen. Innerhalb von zehn Jahren soll dies der Fall sein, um die zweitgrößte installierte Kapazität, Kernanlagen, Originaltechnologien und den zweitgrößten Anlagenabsatz weltweit zu erzielen und bis 2035 das Ziel „Made in China 2025“ zu erreichen.
Die industrielle Entwicklung beschleunigt sich
Die Daten zeigen, dass die durchschnittliche Wachstumsrate des Marktes für additive Fertigung in den letzten drei Jahren über dem weltweiten Durchschnitt lag.
Beschilderung: bezieht sich üblicherweise auf Maßnahmen zur Regulierung bestimmter normativer Systeme innerhalb des Campus.
Schilder wie „Blumen- und Grasschilder“, „Kletterverbotsschilder“ usw. sind rückläufig, doch im Dienstleistungsbereich ist das Wachstum aufgrund der gestiegenen Kundenzufriedenheit rasant. „Insbesondere in der Produktverarbeitung und -fertigung hat sich unser Auftragsvolumen verdoppelt.“ Die Weinan 3D-Druck-Industrie-Entwicklungsbasis in der Provinz Shaanxi hat mit Unterstützung der lokalen Regierung die Vorteile der 3D-Drucktechnologie in industrielle Stärken umgewandelt und die Modernisierung und Transformation traditioneller Branchen vorangetrieben. Ein typisches Beispiel für erfolgreiche Clusterentwicklung.
Mit dem Fokus auf das industrielle Inkubationskonzept „3D-Druck +“ geht es nicht nur um die Entwicklung der 3D-Druckindustrie, sondern auch um die Produktion von 3D-Druckanlagen, die Forschung und Entwicklung sowie die Produktion von 3D-Druckmetallwerkstoffen und die Ausbildung von anwendungsorientierten Fachkräften für den 3D-Druck. Verankert in führenden lokalen Branchen, konzentriert sich das Projekt auf die Umsetzung von Demonstrationsanwendungen zur Industrialisierung des 3D-Drucks, die beschleunigte Integration des 3D-Drucks in traditionelle Branchen und die Implementierung einer Reihe von 3D-Druck-+-Industriemodellen, beispielsweise in den Bereichen Luftfahrt, Automobil, Kultur und Kreativwirtschaft, Gießerei und Bildung. Mithilfe der Vorteile der 3D-Drucktechnologie werden die technischen Schwierigkeiten und Probleme traditioneller Branchen gelöst, diese transformiert und modernisiert sowie verschiedene Arten von kleinen und mittleren Technologieunternehmen angesiedelt und gefördert.
Laut Statistik hat die Zahl der Unternehmen im Mai 2017 61 erreicht, und über 50 Projekte, darunter 3D-Formen, 3D-Druck, 3D-Industriemaschinen, 3D-Materialien sowie 3D-Kultur- und Kreativprojekte, sind in Planung und sollen realisiert werden. Es wird erwartet, dass die Zahl der Unternehmen bis Ende des Jahres 100 übersteigen wird.
Aktivierung der Innovationskette und der industriellen Wertschöpfungskette
Trotz der rasanten Entwicklung der additiven Fertigungsindustrie in meinem Land befindet sich diese noch in einem frühen Stadium und ist durch geringe Größe gekennzeichnet. Der Mangel an technologischer Reife, die hohen Anwendungskosten und der begrenzte Anwendungsbereich führen dazu, dass die Branche insgesamt klein, unübersichtlich und schwach aufgestellt ist. Obwohl viele Unternehmen erste Schritte im Bereich der additiven Fertigung unternommen haben, fehlt es an führenden Unternehmen, die die Entwicklung vorantreiben, und die Branche ist insgesamt klein. Akademiemitglied Lu Bingheng betonte, dass die Entwicklung der additiven Fertigung als eine der Schlüsseltechnologien der zukünftigen industriellen Revolution beschleunigt werden müsse, da sich die 3D-Drucktechnologie in einer Phase des technologischen Durchbruchs, der Startphase der Branche und der Phase der Etablierung von Unternehmen befinde. Die enorme Marktnachfrage kann die Entwicklung der Technologie und des Anlagenbaus vorantreiben und muss daher geschützt und voll ausgeschöpft werden, um die Anlagenfertigung zu lenken und zu unterstützen.
Importierte Ausrüstung drängt nun aggressiv auf den chinesischen Markt. Im Bereich der Metalldruckmaschinen setzen ausländische Hersteller auf Komplettpakete aus Material, Software, Ausrüstung und Verfahren. Chinesische Unternehmen müssen daher Kerntechnologien und eigene Technologien entwickeln, um ihre eigenen Innovations- und Wertschöpfungsketten aufzubauen.
Branchenkenner berichten, dass die heimische 3D-Druckindustrie derzeit weitgehend auf Forschung und Entwicklung setzt und viele technologische Errungenschaften noch im Laborstadium sind. Die Hauptgründe hierfür sind: Erstens sind die Zugangsvoraussetzungen aufgrund unterschiedlicher Standards nicht optimal und stellen unsichtbare Markteintrittsbarrieren dar. Zweitens verfügen Forschungseinrichtungen und Unternehmen nicht über die nötigen Skaleneffekte, agieren isoliert und haben kein Mitspracherecht bei Industrieverhandlungen, was sie benachteiligt. Hinzu kommt, dass die neue Branche noch wenig erforscht ist und es zu Unklarheiten und Missverständnissen kommt, was die technologische Anwendung verlangsamt.
Der Entwicklungstrend von Zerstäubungs- und Pulverisierungsanlagen in der Zukunft
In Chinas Fertigungsindustrie bestehen nach wie vor erhebliche Wissenslücken hinsichtlich der 3D-Drucktechnologie. Betrachtet man die aktuelle Entwicklung, so hat der 3D-Druck bisher noch keine ausgereifte Industrialisierung erreicht; von Anlagen über Produkte bis hin zu Dienstleistungen befindet er sich noch im Stadium des „fortschrittlichen Spielzeugs“. Dennoch werden die Entwicklungsperspektiven der 3D-Drucktechnologie in China von Regierung und Unternehmen allgemein anerkannt, und Regierung und Gesellschaft schenken den Auswirkungen zukünftiger 3D-Druckanlagen zur Metallzerstäubung und -pulverisierung auf die bestehenden Produktions-, Wirtschafts- und Fertigungsmodelle des Landes große Aufmerksamkeit.
Laut Umfrageergebnissen konzentriert sich die Nachfrage nach 3D-Drucktechnologie in China derzeit nicht auf die Geräte selbst, sondern spiegelt sich in der Vielfalt der 3D-Druckverbrauchsmaterialien und der Nachfrage nach Auftragsbearbeitung wider. Industriekunden sind der Hauptabnehmer von 3D-Druckanlagen in China. Die von ihnen erworbenen Geräte werden hauptsächlich in der Luft- und Raumfahrt, der Elektronikindustrie, dem Transportwesen, dem Designbereich, der Kulturbranche und anderen Branchen eingesetzt. Derzeit beträgt die installierte Kapazität von 3D-Druckern in chinesischen Unternehmen etwa 500 Einheiten, mit einer jährlichen Wachstumsrate von rund 60 %. Trotzdem liegt das Marktvolumen aktuell nur bei etwa 100 Millionen Yuan pro Jahr. Der potenzielle Bedarf an Forschung und Entwicklung sowie Produktion von 3D-Druckmaterialien erreicht fast 1 Milliarde Yuan pro Jahr. Mit der zunehmenden Verbreitung und dem Fortschritt der Gerätetechnologie wird dieser Bedarf rasant steigen. Gleichzeitig sind Auftragsbearbeitungsdienstleistungen im Bereich 3D-Druck sehr gefragt, und viele Auftragsbearbeitungsunternehmen für 3D-Druckgeräte verfügen über umfassende Erfahrung im Lasersintern und in der Geräteanwendung und können externe Bearbeitungsdienstleistungen anbieten. Da der Preis für ein einzelnes Gerät in der Regel mehr als 5 Millionen Yuan beträgt, ist die Marktakzeptanz gering, der Bearbeitungsservice durch die Agentur hingegen sehr beliebt.
Die meisten Materialien, die in Chinas 3D-Druck-Metallzerstäubungsanlagen verwendet werden, stammen direkt von Herstellern von Rapid-Prototyping-Systemen. Die Beschaffung von Standardmaterialien durch Dritte ist noch nicht üblich, was zu sehr hohen Materialkosten führt. Gleichzeitig gibt es in China keine Forschung zur Pulverherstellung speziell für den 3D-Druck, und die Anforderungen an Partikelgrößenverteilung und Sauerstoffgehalt sind streng. Einige Betriebe verwenden daher konventionelles Sprühpulver, das jedoch viele Nachteile mit sich bringt.
Die Entwicklung und Produktion vielseitigerer Materialien ist der Schlüssel zum technologischen Fortschritt. Die Lösung der Leistungs- und Kostenprobleme von Materialien wird die Entwicklung der Rapid-Prototyping-Technologie in China maßgeblich fördern. Derzeit müssen die meisten Materialien, die in Chinas 3D-Druck-Rapid-Prototyping-Technologie verwendet werden, importiert werden, oder die Gerätehersteller haben viel Energie und Geld in deren Entwicklung investiert, was zu hohen Produktionskosten führt. Gleichzeitig weisen die inländischen Materialien, die in diesen Maschinen verwendet werden, eine geringe Festigkeit und Präzision auf. Die Lokalisierung der 3D-Druckmaterialien ist daher unerlässlich.
Für die Herstellung von hochwertigen Legierungspulvern werden Titan- und Titanlegierungspulver sowie Nickel- und Kobaltbasis-Superlegierungspulver mit niedrigem Sauerstoffgehalt, feiner Partikelgröße und hoher Kugelform benötigt. Die Partikelgröße sollte idealerweise unter 500 Mesh liegen, der Sauerstoffgehalt unter 0,1 % und die Partikelgröße einheitlich sein. Derzeit sind hochwertige Legierungspulver und Produktionsanlagen noch größtenteils auf Importe angewiesen. Im Ausland werden Rohstoffe und Anlagen häufig gebündelt und mit hohen Gewinnen verkauft. Am Beispiel von Nickelbasispulver lässt sich dies verdeutlichen: Die Rohstoffkosten liegen bei etwa 200 Yuan/kg, der Preis für inländische Produkte in der Regel bei 300–400 Yuan/kg und der Preis für importiertes Pulver oft bei über 800 Yuan/kg.
Beispielsweise der Einfluss und die Anpassungsfähigkeit der Pulverzusammensetzung, der Einschlüsse und der physikalischen Eigenschaften auf die zugehörigen Technologien von 3D-Druck-Metallzerstäubungs-Pulvermahlungsanlagen. Angesichts der Anforderungen an Pulver mit niedrigem Sauerstoffgehalt und feiner Partikelgröße ist es daher weiterhin notwendig, Forschungsarbeiten durchzuführen, wie z. B. die Zusammensetzungsentwicklung von Titan- und Titanlegierungspulver, die Gaszerstäubungs-Pulvermahlungstechnologie für feine Partikel und den Einfluss der Pulvereigenschaften auf die Produktleistung. Aufgrund der Einschränkungen der Mahltechnologie in China ist es derzeit schwierig, feinkörniges Pulver herzustellen, die Pulverausbeute ist gering und der Gehalt an Sauerstoff und anderen Verunreinigungen ist hoch. Während des Verwendungsprozesses neigt der Pulverschmelzzustand zu Ungleichmäßigkeiten, was zu einem hohen Gehalt an Oxideinschlüssen und dichteren Produkten führt. Die Hauptprobleme inländischer Legierungspulver liegen in der Produktqualität und Chargenstabilität, einschließlich: ① Stabilität der Pulverkomponenten (Anzahl der Einschlüsse, Gleichmäßigkeit der Komponenten); ② Stabilität der physikalischen Eigenschaften des Pulvers (Partikelgrößenverteilung, Pulvermorphologie, Fließfähigkeit, Schüttdichte usw.). ③ Problem der Ausbeute (geringe Pulverausbeute im engen Partikelgrößenbereich) usw.
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