1. Materiaalin ominaisuudet ja rajoitukset
Vaikka alumiiniseokset ovat melko suosittuja, mutta aiheuttavat monia vaikeuksia 3D-tulostusprosessissa, metallien 3D-tulostuksessa tavallisesti käytettyjä materiaaleja ovat titaaniseokset, korkean lämpötilan seokset ja kupariseokset. Alumiiniseoksen alhainen laserabsorptio ja suuri lämmönjohtavuus aiheuttavat huomattavaa energiahäviötä ja alhaisen muovaustehokkuuden. Lisäksi alumiiniseokset ovat alttiita muodonmuutokselle ja jännityksen kertymiselle laserpinnoituksen aikana; Tästä syystä on suoritettava lisätoimenpiteitä osien halkeilun estämiseksi.
Vaikea poistaa ja vaikuttaa komponenttien laatuun, alumiiniseos on myös taipuvainen reagoimaan hapen kanssa lasersuorapinnoituksen aikana muodostaen korkean sulamispisteen Al ₂ O ∙. Alumiiniseoksissa olevat matalan kiehumispisteen seosaineet (kuten Zn ja Si) ovat alttiita palamaan laserpinnoituksen aikana, mikä muuttaa seoksen koostumusta ja vaikuttaa siten komponenttien mikrorakenteeseen ja ominaisuuksiin. Näiden materiaaliominaisuuksien rajat rajoittavat alumiiniseosten käyttöä avaruusaluksen osien 3D-tulostuksessa.
2. Valmistusmenetelmien haitat
Lisäksi itse metallin 3D-tulostukseen liittyy joitain rajoituksia valmistusprosessissa. Yksi eniten käytetyistä metallin 3D-tulostustekniikoista, esimerkiksi Laser Powder Bed Melting (L-PBF) -teknologialla on varsin alhainen tuotantotehokkuus erityisesti monimutkaisten geometristen kappaleiden jälkikäsittelyssä. CNC-työstössä sitä vaikeampaa on tunnistaa ja kiinnittää, sitä monimutkaisempi on työkappaleen geometrinen muoto, mikä lisää valmistuskustannuksia ja lisää aikaa.
Lisäksi metallin 3D-tulostusprosessissa syntyy savua ja roiskeita, jotka voivat vaikuttaa jauheen uudelleenkäytettävyyteen ja nostaa tuotantokustannuksia. Valmiiden tuotteiden suorituskykyyn ja laatuun vaikuttavat paljon jälkikäsittelytoimenpiteet, mukaan lukien hiukkasten poisto, lämpökäsittely, koneistus ja pinnan kiillotus. Erityisesti jauhepetisulatuksella syntyvien monimutkaisten rakenneosien kohdalla prosessituen poistotekniikat ovat vähäisiä ja irrotuksessa käytetään yleisesti pihtejä, mikä lisää osien muodonmuutos- ja vaurioitumisvaaraa ja vaikeuttaa laadun tasaisuuden takaamista.
3. Fyysisen suorituskyvyn ohjeet ja vaikeudet
Matala tiheys, suuri kimmokerroin, vahva lujuus ja suuri sitkeys määrittelevät erittäin korkeat fyysisen suorituskyvyn standardit avaruusalusten komponenteille. Nämä kriteerit rajoittavat metallisen 3D-tulostusmateriaalin valintaa ja suunnittelua. Esimerkiksi vaikka alumiiniseoksella on alhainen tiheys, sen 3D-tulostusprosessin fyysiset rajoitukset tekevät siitä haastavaa täyttää suuren lujuuden ja suuren sitkeyden kriteerit.
Lisäksi avaruusaluksen komponenttien pitkäaikainen käyttö kiertoradalla vaatii kestäviä ympäristöolosuhteita, mukaan lukien korkea lämpötila, matala lämpötila, tyhjiö ja säteily. Nämä ympäristötekijät asettavat melko korkeat odotukset materiaalin stabiiliudelle. Muutokset materiaalin mikrorakenteessa ja faasikoostumuksessa voivat johtua metallin 3D-tulostuksesta, mikä vaikuttaa materiaalin pitkäaikaiseen vakauteen ja luotettavuuteen.
4. Tekninen sertifiointi ja kypsyysaste
Vaikka metallin 3D-tulostusteknologialla on laajat käyttömahdollisuudet avaruusalusten komponenttien suunnittelussa, sen teknologista kehitystä on vielä tehostettava. Sertifioinnin puute tekee monista lisäainevalmistusseoksista haastavia ilmailu- ja avaruusalalle. Sertifiointimenettely asettaa haasteita uusien teknologioiden edistämiselle ja käytölle, sillä sen tukeminen vaatii aikaa ja paljon kokeellista dataa.
Samanaikaisesti metallin 3D-tulostustekniikan valinta on vaikea tehtävä. Suunnitteluelementit, prosessin panokset, prosessin rajoitukset, metallurgiset ja geometriset näkökohdat muiden tekijöiden ohella tulisi ottaa huomioon. Nämä elementit toimivat vuorovaikutuksessa monimutkaistaen ja haastaen prosessin valintaa.
5. Tulevaisuuden kehityssuunta
Vaikka metallin 3D-tulostuksella on useita fyysisiä rajoitteita, sen käyttömahdollisuudet avaruusalusten komponenttien suunnittelussa ovat vielä melko laajat. Seuraavat voisivat olla osa tulevaa kehityssuuntaa:
Tuore materiaalikehitys: Luo tuoreita materiaaleja, jotka sopivat paremmin 3D-tulostukseen, mukaan lukien titaaniseokset, korkean lämpötilan seokset ja korkean suorituskyvyn alumiiniseokset. Näiden uusien materiaalien erinomaisten fyysisten ja prosessointiominaisuuksien pitäisi auttaa tyydyttämään avaruusaluksen komponenttien tiukat tarpeet.
Prosessin parantaminen: Nykyisten 3D-tulostustekniikoiden parantaminen auttaa parantamaan komponenttien laatua ja valmistustehokkuutta. Esimerkiksi osien muotoilutehokkuutta ja suorituskykyä voidaan parantaa maksimoimalla laserparametreja, jauheen ominaisuuksia ja jälkikäsittelytekniikoita.
Tekninen sertifiointi on Kokonaisen sertifiointijärjestelmän ja standardien luominen, mikä vahvistaa metallin 3D-tulostusteknologian sertifiointipyrkimyksiä. Tämä tukee uusien teknologioiden käyttöönottoa ja leviämistä ilmailualalla.
Vahvistaa monitieteistä yhteistyötä aloilla, mukaan lukien materiaalitiede, konetekniikka ja tietojenkäsittelytiede, jotta voidaan yhdessä käsitellä metallien 3D-tulostuksen fyysisiä rajoitteita ja teknologisia esteitä avaruusalusten komponenttien suunnittelussa.
https://www.china-3dprinting.com/metal-3d-printing/metal-3d-printed-racing-parts.html