Bagaimana Pencetakan 3D Aloi Aluminium Mentakrifkan Semula Bahagian Aeroangkasa Ringan

Jurutera aeroangkasa, UAV dan satelit terus berlari ke had keras yang sama: bahagian itu perlu menjadi lebih ringan tanpa menjadi lemah. Kerja CNC konvensional bermula dengan bilet pepejal, mengeluarkan sebahagian besarnya sebagai sekerap, dan masih tidak dapat mencipta geometri dalaman yang sebenarnya akan memotong jisim. Regangan masa plumbum, kos bahan meningkat, dan reka bentuk tetap dikekang oleh apa yang boleh dicapai oleh pemotong.Percetakan 3D aloi aluminiummengubah persamaan itu. Dengan mendepositkan bahan hanya di tempat yang diperlukan, proses membuka kebebasan reka bentuk yang tidak dibenarkan oleh kaedah tolak.

Mass kekal sebagai pemacu prestasi yang dominan. Data awam daripada NASA dan penggubal udara utama menunjukkan bahawa setiap kilogram yang dikeluarkan daripada kerangka pesawat boleh mengurangkan pembakaran bahan api seumur hidup dengan jumlah yang boleh diukur dan membebaskan muatan atau julat. Pada UAV elektrik dan satelit kecil kesannya adalah lebih serta-merta-jisim yang lebih rendah secara langsung memanjangkan daya tahan atau membenarkan penderia tambahan.

Pemesinan tradisional selalunya menghasilkan nisbah belian-ke-yang tinggi. Kurungan kompleks boleh bermula sebagai bilet besar dan selesai pada sebahagian kecil daripada berat itu. Pengilangan aditif membalikkan nisbah kerana serbuk yang tidak digunakan sebahagian besarnya boleh dipulihkan. Kurang bahan dibeli, kurang dibuang, dan geometri tidak lagi dihadkan oleh akses alat.

Aloi aluminium kekal praktikal untuk kebanyakan komponen cetakan 3D logam kerana ia menggabungkan ketumpatan rendah dengan kekuatan yang boleh digunakan, rintangan kakisan dan kebolehkimpalan. Apabila diproses oleh serbuk laser-percantuman katil, AlSi10Mg menghasilkan bahagian padat yang bertindak balas dengan baik kepada rawatan haba.

AlSi10Mg ialah pilihan paling biasa untuk kerja perkhidmatan percetakan 3D aloi aluminium. Selepas rawatan penyelesaian dan penuaan, ia memberikan sifat tegangan yang kompetitif dengan banyak gred tuang sambil mengekalkan kelebihan berat proses bentuk-bersih-yang hampir. Mesin yang sama yang mencetak aluminium boleh bertukar kepada aloi titanium apabila kekuatan mutlak atau rintangan suhu yang lebih tinggi diperlukan, memberikan pilihan jurutera di dalam kilang percetakan 3D logam tunggal.

Perkara yang paling penting kepada pereka bentuk ialah nisbah kekuatan{0}}kepada-berat yang berkesan sebaik sahaja topologi dan struktur dalaman digunakan. Bahan itu sendiri hanyalah sebahagian daripada cerita; keupayaan untuk meletakkannya hanya di sepanjang laluan beban adalah yang lain.

Tiga pendekatan secara konsisten memberikan pengurangan jisim terbesar:

Pengoptimuman topologi mengagihkan semula bahan di sepanjang laluan tekanan utama dan mengalih keluar semua yang lain. Bentuk yang terhasil kelihatan organik, tetapi ia membawa beban yang diperlukan pada berat yang lebih rendah. Kebanyakan pasukan aeroangkasa kini menganggap pencetakan 3D pengoptimuman topologi sebagai langkah reka bentuk awal standard dan bukannya pilihan percubaan.

Struktur kekisi dan sarang lebah menggantikan dinding pepejal dengan corak dalaman terkawal. Kekakuan boleh ditala semasa jisim menurun. Aplikasi aeroangkasa percetakan 3D struktur kekisi muncul dalam kurungan, perumah dan penukar haba di mana kedua-dua prestasi struktur dan haba penting.

Penyatuan bahagian menukarkan -berbilang bahagian kepada komponen bercetak tunggal. Pengikat, pengedap dan operasi sekunder hilang, bersama-sama dengan berat dan potensi titik kegagalannya. Masa pemasangan dan inventori mengecut pada masa yang sama.

Secara keseluruhan, kaedah ini kerap menghasilkan penjimatan berat dalam julat 20–40 % berbanding dengan reka bentuk mesin asal, walaupun angka yang tepat sentiasa bergantung pada kekangan permulaan.

Bahagian aluminium-dicetak dan dipanaskan{1}}dengan baik jarang disiapkan. Persekitaran aeroangkasa masih memerlukan rintangan haus, kekonduksian elektrik, perlindungan kakisan atau prestasi keletihan yang lebih baik daripada yang boleh diberikan oleh-permukaan binaan. Penyaduran logam untuk bahagian bercetak 3D menangani jurang tersebut.

Pemprosesan pos biasa-dimulakan dengan pelepasan tekanan dan penuaan, diikuti dengan pemesinan CNC antara muka kritikal dan muka pengedap. Selepas itu datang penanodisasi, salutan penukaran kimia, nikel tanpa elektro atau kemasan gred-aeroangkasa lain. Urutan yang tepat didorong oleh persekitaran operasi dan keperluan pensijilan.

Salutan yang digunakan dengan betul menutup keliangan permukaan sisa, meningkatkan kekerasan permukaan dan mewujudkan penghalang terhadap kelembapan dan media menghakis. Kehidupan keletihan selalunya bertambah baik dengan ketara berbanding dengan permukaan yang tidak dirawat, itulah sebabnya banyak penerbangan-kritikalkomponen bercetak 3D logammasih menerima penyaduran selepas pemesinan.

Pengilang UAV membawakan Sunhingstones kurungan struktur yang telah dioptimumkan untuk CNC namun masih terlepas sasaran jisim di bawah beban getaran. Pasukan ini menggunakan pengoptimuman topologi dan kekisi dalaman, kemudian mencetak bahagian tersebut dalam AlSi10Mg. Selepas rawatan haba, pemesinan antara muka dan penyaduran pelindung, komponen siap datang 27% lebih ringan sambil memenuhi setiap keperluan struktur dan persekitaran. Masa dari pembekuan reka bentuk kepada -perkakasan sedia penerbangan pertama dipendekkan kira-kira 40 % berbanding laluan berbilang-sebelumnya. Pengeluar pencetakan 3D logam yang sama kemudiannya menyokong -larian pengeluaran volum rendah, menunjukkan bahawa proses itu boleh beralih daripada prototaip ke perkakasan yang diperakui apabila kebolehkesanan bahan dan kawalan proses disediakan.

Kumpulan perdagangan yang menumpukan pada kemasan permukaan dan pembuatan aeroangkasa, termasuk perbincangan di bawah payung ESTA, telah menyatakan bahawa proses aditif beralih daripada program eksperimen kepada penggunaan pengeluaran. Gabungan topologi-bahagian aluminium yang dioptimumkan dan pemprosesan pasca-yang sesuai, termasuk penyaduran, berulang kali disebut sebagai laluan praktikal ke perkakasan penerbangan yang lebih ringan. Pengiktirafan itu mencerminkan keyakinan yang semakin meningkat dalam teknologi apabila sistem kualiti digunakan dengan betul.

Harga sahaja adalah penapis yang lemah. Kriteria berguna termasuk:

AS9100 atau pensijilan kualiti aeroangkasa yang setara

Kebolehkesanan bahan penuh dan serbuk

Keupayaan pemprosesan pasca{0}}terkawal (rawatan haba, pemesinan, penyaduran)

Pengalaman terbukti dengan penerbangan atau penerbangan-seperti perkakasan

Reka bentuk yang jelas-untuk-panduan tambahan dan pemulihan prototaip yang munasabah

Keupayaan untuk beralih daripada prototaip kepada pengeluaran kecil-ke-sederhana, termasuk bekalan borong apabila volum meningkat

Kilang percetakan 3D logam yang boleh membincangkan perkara ini dengan contoh konkrit lebih berkemungkinan untuk menyampaikan bahagian yang memenuhi keperluan kejuruteraan dan jadual.

Jika anda sedang menimbang percetakan 3D logam dengan komponen aeroangkasa ringan semasa, langkah praktikal seterusnya ialah berkongsi keperluan geometri dan prestasi dengan pengeluar yang berkelayakan. Semakan reka bentuk ringkas biasanya mendedahkan sama ada pengoptimuman topologi, struktur kekisi atau penyatuan bahagian akan memberikan berat berguna dan menjadualkan keuntungan untuk bahagian tertentu itu.