Onko metallista 3D-tulostusta käytetty ilmailu- ja avaruusmuotteissa?

1. Teknologinen sopeutumiskyky: tavanomaisen tuotannon fyysisten ja taloudellisten esteiden voittaminen
Ilmailu- ja avaruusmuottien täytyy olla monimutkaisia ​​kanavarakenteita, erittäin{0}}tarkkaa pintakäsittelyä, kevyitä rakenteita ja kykyä kestää ankaria olosuhteita. Metalli 3D-tulostustekniikka täyttää kaikki nämä tarpeet seuraavilla ominaisuuksilla:
Sopivan jäähdytyskanavan suunnittelu
Tyypillinen muotin jäähdytysjärjestelmä käyttää poraustekniikkaa, mutta sitä rajoittaa muotin rakenne. Tämä voi aiheuttaa ongelmia epätasaisessa jäähdytyksessä, mikä voi johtaa kuumiin kohtiin. Metalli 3D-tulostus voi tarttua muotin onteloihin käyttämällä topologian optimointia minkä tahansa muotoisten jäähdytyskanavien rakentamiseen. Esimerkiksi Platinum Technology teki Blue Arrow Aerospacelle sytytystaivutusputken muotin, joka käyttää mukautuvaa vesiväylää ruiskupuristussyklin leikkaamiseen 35 %. Tuotteiden sertifiointiaste on noussut 85 prosentista 96 prosenttiin. Tällainen tekniikka voi merkittävästi alentaa lämpöjännityksen pitoisuutta lentokoneiden moottoreiden siipien muoteissa ja pidentää muotin kestoa.
Erittäin{0}}tarkka pinta ja toiminnallinen integraatio
Ilmailumuotit tarvitsevat erittäin sileitä pintoja, ja metallin 3D-tulostus voi saada pintoja, joiden karheus Ra on pienempi tai yhtä suuri kuin 0,8 μm muuttamalla lasertehoa, skannausmenetelmää ja jauheen ominaisuuksia. Esimerkiksi Platinum A160 -tulostimella valmistetun titaaniseoksesta valmistettu lonkkasauma-muotin pinnalla on mikrohuokoinen rakenne (huokoisuus 60-80 %), joka täyttää bioyhteensopivuusstandardit heti, joten painatuksen jälkeen ei tarvitse kiillottaa. Myös metallin 3D-tulostus voi tulostaa useammasta kuin yhdestä materiaalista kerralla. Esimerkiksi Laser Luminescence valmisti kuparista korkean lämpötilan-lejeerinkin moni-materiaalista työntökammio-muotin, joka lisää GH4169-vahvistuskerroksen kuparialustan pintaan laserpinnoitustekniikalla. Tämä tasapainottaa lämmönjohtavuuden ja rakenteellisen lujuuden.
Kevyt ja topologian optimointi
Energian säästämiseksi ja kuljetuksen tehostamiseksi ilmailu- ja avaruusmuottien on oltava mahdollisimman kevyitä ja silti vahvoja. Biomimeettiset ristikkoarkkitehtuurit ja ohutseinäiset vahvistukset voivat auttaa metallin 3D-tulostuksessa säästämään yli 30 % painostaan. Esimerkiksi Platinum Technology teki 3D-tulostusmuotin tietylle satelliittirakenteelle, joka käyttää hilarakennetta. Tämä muotoilu vähentää painoa 40% samalla kun se on vahva. Sitä on käytetty menestyksekkäästi Kiinan suurimmassa 3D-tulostussatelliittiprojektissa avaruudessa.
Muutokset ja pienet erät tehdään nopeasti
Perinteisessä muotinvalmistuksessa muotin avaaminen kestää useita kuukausia, kun taas metallilla 3D-tulostus voi vaihtaa muottimalleja nopeasti "yhden klikkauksen tulostus" -vaihtoehdolla. Tämä on tärkeää ilmailu- ja avaruustuotteille, koska niillä on lyhyt iteraatiosykli. Esimerkiksi Wisconsinin 3D-tulostuslaitteet voivat tulostaa useilla lasereilla samanaikaisesti. Se voi valmistaa 200 kappaletta päivässä ja maksaa 40 % vähemmän kappaleelta kuin perinteiset menetelmät. Tämä nopeuttaa huomattavasti uusien rakettimoottoreiden tutkimus- ja kehityssykliä.
2. Yleiset käyttötapaukset: kattavat kaiken avainkomponenteista koko toimialaketjuun
Metalli-3D-tulostustekniikka on päässyt monille tärkeille ilmailu- ja avaruusmuottien alueille luoden täydellisen prosessiratkaisun suunnittelun todentamisesta massatuotantoon:
Muotti moottorin osille
Metallista 3D-tulostusta käytetään usein muottien valmistukseen olennaisille osille, kuten turbiinien siipille ja lentokoneiden moottoreiden polttokammioille. Platinumin ja Blue Arrow Aerospacen yhdessä luoma YF-75DA-moottorin sytytystaivutusputkimuotti vähentää standardihitsausmenetelmien aiheuttamaa halkeiluriskiä integroitua muovausta käyttämällä. Näin muotti kestää yli 50 % pidempään. GE Aviation käyttää myös metallista 3D-tulostusta polttoainesuuttimien muottien valmistamiseen, mikä puolittaa toimitusajat ja kustannukset 30 %.
Muotit avaruusalusten rakenneosille
Muottien tekeminen suurille rakenneosille, kuten satelliiteille ja rakettiosille, vaatii materiaalit, jotka ovat erittäin vahvoja ja tarkkoja. LiM-X650-laserlaitteisto tulosti muotin tietylle rakettiosaston alueelle. Se koostuu vahvasta ja kevyestä alumiiniseoksesta. Topologian optimointi parantaa rakenteen suorituskykyä, ja paikallinen hilarakenne on kehitetty poistamaan ylimääräisiä osia ja täyttämään keveyskriteerit. Muotia on käytetty menestyksekkäästi Chang Ba Jia -rakettiytimen toisen vaiheen valmistukseen, mikä on nopeuttanut tuotantoprosessia huomattavasti.
Muotti lämmönvaihtoon ja lämpöhäviöön
Ilmailulaitteet toimivat erittäin ankarissa olosuhteissa, ja lämmönpoistomuotilla on erittäin tiukat suorituskykystandardit. Platinum Technologyn valmistaman puhtaan kuparin lämpöä hajottavan ripamuotin gradienttipaksuus on 0,5–1 mm. Tämä yhdessä puhtaan kuparin korkean lämmönjohtavuuden kanssa tekee siitä 40 % tehokkaamman lämmön haihduttamisessa kuin tyypilliset muotit. Ihmiset ovat käyttäneet tällaista muottia paljon paikoissa, kuten rakettimoottorien työntökammioissa ja satelliittilämpösäätöjärjestelmissä.
Muottien kiinnitys ja uudelleenvalmistus
Ilmailulaitteiden muotin kulumisen tai halkeamien korjaaminen pitkän käytön jälkeen maksaa paljon. Käänteistekniikan avulla metallin 3D-tulostus voi tehdä nopeasti kopioita muottien onteloista. Se voi myös korjata paikallisia vaurioita oksastuspainatustekniikalla. Esimerkiksi Platinum-järjestelmän automaattisen osien oksastusjärjestelmän oksastustarkkuus on 0,05 mm, mikä puolittaa korjauskustannukset aiempiin menetelmiin verrattuna ja nopeuttaa korjausjaksoja 70 %.
3. Teollisen ekosysteemin luominen: suuresta teknologisesta kehityksestä suuriin käyttötarkoituksiin
Metallin 3D-tulostuksen laaja käyttö ilmailu- ja avaruusmuottiliiketoiminnassa on seurausta uusista ideoista, jotka tulevat sekä alan ketjun huipulta että pohjalta.
Uusia ideoita työkaluihin ja materiaaleihin
Bolite ja Huashu High Tech ovat kaksi kotimaista yritystä, jotka ovat julkaisseet useita teollisia{0}}metallista 3D-tulostimia, joilla voidaan luoda valtavia, monista materiaaleista koostuvia ja erittäin{3}}tarkkoja esineitä. Esimerkiksi Platinum BLT-S1500 sisältää 26-laser-synkronisen skannausjärjestelmän, joka voi tulostaa 10 kertaa nopeammin kuin tavalliset yksittäiset laserlaitteet ja valmistaa ilmailu-avaruusosia, joiden halkaisija on 1,5 metriä. Xi'an Sailong Metal on tehnyt pallomaisesta titaaniseosjauheesta 30 % juoksevamman, mikä tarkoittaa, että se voidaan painaa tarkemmin. AVIC Maiten MT800H-laitteet voivat tulostaa nikkelipohjaisia ​​korkean lämpötilan metalliseoksia moottorin kuumapään komponenttien tarpeisiin.
Standardien asettaminen ja prosessien optimointi
Ilmailu- ja avaruusalalla on erittäin korkeat kriteerit muottien laadulle, ja sen on asetettava tiukat ohjeet prosessien johtamiselle. Esimerkiksi Platinum Technologyn älykäs prosessikirjasto yhdistää yli 100 000 materiaaliparametrisarjaa ja helpottaa parhaan tulostusratkaisun löytämistä yhdellä napsautuksella. Huashu High Techin ja Siemensin luoma teollisuus-metalliluokan 3D-tulostusratkaisu käyttää moni-fysiikan kenttäkytkentäanalyysiä löytääkseen parhaan tulostuspolun ja vähentääkseen muodonmuutosriskiä. Myös yhdysvaltalaiset yritykset ovat aktiivisesti mukana kansainvälisten standardien, kuten ISO/ASTM, luomisessa, mikä kannustaa teknologian käyttöön standardoidulla tavalla.
Uusia tapoja tarjota palveluita
Metalli-3D-tulostusyritykset ovat muuttumassa "laitetoimittajista" "koko elinkaaren palveluntarjoajiksi". Esimerkiksi Bolite käyttää IoT-alustaa varoittaakseen asiakkaita laiteongelmista, diagnosoidakseen ne kaukaa ja lähettääkseen heille osia. Heidän asiakkaat tulevat sellaisilta aloilta kuin ilmailu- ja autoteollisuus. Huashu High Tech on luonut all{4}}in-yhdessä toimitusmallin "laitteisto+ohjelmisto+palvelut" auttaakseen asiakkaita voittamaan tekniset haasteet.