Miksi ilmailuyritykset valitsevat metallisen 3D-tulostuksen lentokoneiden osiin?

Ilmailualan yritykset kääntyvät puoleen metalliset 3D-painetut komponentitkoska perinteinen valmistus aiheuttaa edelleen vältettävissä olevia viiveitä, korkeita työkalukustannuksia ja geometrisia rajoja, jotka pakottavat suunnittelun kompromisseihin. Lisäprosessit lyhentävät pienien-volyymien ja monimutkaisten osien läpimenoaikoja, palauttavat suunnitteluvapauden sisäisille kanaville ja kevyille rakenteille ja tarjoavat mekaanisen suorituskyvyn, joka täyttää monet toissijaiset rakenteelliset vaatimukset, kun ne käsitellään ja sertifioidaan asianmukaisesti. Alumiiniseokset, kuten AlSi10Mg ja Scalmalloy, sekä titaanivaihtoehdot tukevat nyt todellista tuotantokäyttöä AS9100--tason laatujärjestelmissä, kun taas pinnoitus ja pintakäsittelyt vastaavat korroosion ja kestävyyden tarpeisiin. Seuraavissa osioissa tarkastellaan perinteisten menetelmien käytännön ongelmia, lisäainevalmisteiden osien lujuutta ja luotettavuutta, jälkikäsittelyn realiteetteja ja tämän lähestymistavan kasvavaa hyväksyntää ilmailu- ja avaruusohjelmissa.

Alumiini hallitsee edelleen monia toissijaisia ​​rakenteita ja ei--kuumia{1}}profiilisovelluksia. AlSi10Mg:n jauhe-petifuusio ja tehokkaampia{5}}seoksia, kuten Scalmalloy, tuottaa nyt tiheää materiaalia, joka asianmukaisen lämpökäsittelyn jälkeen tukee todellista rakenteellista käyttöä.

Välitön hyöty on paino. Topologian optimointi yhdistettynä sisäisiin hilakoihin vähentää tavallisesti 20–35 prosentin massaa ja saavuttaa samalla jäykkyystavoitteet. Tiimit, jotka työskentelevät kokeneen kanssa alumiiniseoksen 3D-tulostuksen valmistajavoi myös päättää, milloin Scalmalloyn ylimääräinen lujuus ja väsymys oikeuttavat sen korkeammat kustannukset verrattuna taloudellisempaan AlSi10Mg:ään.

Tyypilliset lämpökäsitellyt{0}}ominaisuudet (suunnasta ja prosessista riippuen):

Nämä luvut ovat hyödyllisiä vain varhaisessa seulonnassa. Lopulliset sallitut arvot tulevat aina prosessikohtaisista-testaus- ja todistajakupongeista.

Titaaniseokset, erityisesti Ti-6Al-4V, noudattavat samanlaista logiikkaa suuremman kuormituksen tai korkeamman lämpötilan sovelluksissa. 3D-painetut titaaniset lentokoneen osat lentävät jo kiinnikkeissä, liittimissä ja tietyissä rakenneosissa, joissa lujuuden, korroosionkestävyyden ja suunnittelun vapauden yhdistelmä painaa korkeammat materiaalikustannukset.

Kysymykseen "onko 3D-painettu metalli yhtä vahvaa kuin koneistettu metalli" ei ole yhtä vastausta. Monissa staattisen{2}}kuormituksen sovelluksissa oikein käsiteltyjen LPBF-osien veto- ja myötölujuudet vastaavat tai ylittävät vastaavien valuseosten. Nopea kiinteytyminen tuottaa hienoja mikrorakenteita, jotka edistävät tätä suorituskykyä. Muokattua CNC-materiaalia vastaan ​​vertailu on lähempänä: staattinen lujuus on usein kilpailukykyinen, kun taas väsymisikä riippuu suuresti pinnan kunnosta, jäännöshuokoisuudesta ja rakenteen suunnasta.

Käytännössä kuumaisostaattinen puristus, jännityksen-poisto- tai liuoslämpökäsittely ja kriittisten pintojen työstö tuovat monia toissijaisia ​​rakenteellisia ja nesteiden{1}}käsittelykomponentteja ilmailu- ja avaruusteollisuuden sallittuihin rajoihin. Ensisijaiset lennon{3}}kriittiset osat vaativat edelleen täyden prosessin kelpuutuksen, mutta tekninen reitti on nyt selkeämpi kuin viisi vuotta sitten. Metallin 3D-tulostus vs. CNC-koneistuksen ilmailu- ja avaruusratkaisut vähentävät siten absoluuttista lujuutta ja enemmän geometrian monimutkaisuutta, tilavuutta ja kokonaistoimitusaikaa.

Laatujärjestelmät sulkevat silmukan. AS9100:n tai EN 9100:n alaisena toimivat toimittajat ylläpitävät jauheen jäljitettävyyttä,-prosessin seurantaa ja mekaanisia testitietoja jokaisen erän kohdalla. Tämän dokumentaation ansiosta OEM-valmistajat ja Tier-1-toimittajat voivat hyväksyä lisäaineella valmistettuja osia valvottuihin toimitusketjuihin.

Jauhekerrosprosesseista valmistetut-pinnat ovat karheampia kuin koneistetut ja voivat säilyttää jäännösjännityksen tai vähäisen huokoisuuden. Metalliosien 3D{5}}jälkikäsittely ei siksi ole valinnaista. Tyypillisiä sarjoja ovat tuen poisto, lämpökäsittely, HIP, jossa väsymisellä tai paineen eheydellä on väliä, rajapintojen selektiivinen CNC-työstö ja suojapinnoitteet.

Alumiinikomponenttien korroosionkestävyydestä ei{0}} voida neuvotella. Kosteus, jäänpoistonesteet ja galvaaniset parit vaativat anodisointia, konversiopinnoitteita tai erikoispinnoitusta. Kun nämä vaiheet suunnitellaan alusta alkaen sen sijaan, että ne olisivat lisätty jälkikäteen, mittatarkkuus ja pitkäkestoisuus pysyvät{4}}hallinnassa.

Ilmailu- ja avaruusteollisuuden OEM-valmistajat, sääntelyviranomaiset ja teollisuusryhmät ovat jatkuvasti laajentaneet lisäaineiden valmistuksen pätevyyskehyksiä. Yhä useammalla toimittajilla on AS9100- tai EN 9100 -sertifikaatit, jotka kattavat erityisesti metallien lisäysprosessit. Polttoainesuuttimet, kannattimet, lämmönvaihtimet ja valitut rakenneosat ovat jo käytössä. Tämä toimintahistoria yhdistettynä selkeämpiin sertifiointireitteihin laskee edelleen esteitä uusille ohjelmille, jotka arvioivat metallisia 3D-tulostettuja komponentteja.

Jos läpimenoajat, työkalukustannukset tai geometriset rajat rajoittavat nykyistä ohjelmaa, ehdokkaiden osien kohdennettu tarkastelu suhteessa lisäysominaisuuksiin on usein nopein tapa mitata tilaisuus. Ametallin 3D-tulostuksen valmistajajolla on kokemusta kevyistä ilmailu-avaruuskomponenteista ja täydellisestä ilmailu-avaruusdokumentaatiosta, se voi yleensä palauttaa selkeän-aika-, kustannus- ja pätevyysarvioinnin muutaman päivän kuluessa mallin ja vaatimusten vastaanottamisesta.