Monimutkaiset ilmailu- ja avaruusteollisuuden osat, joissa on sisäiset kanavat, ristikkorakenteet ja topologia-optimoitu geometria, ajavat usein perinteisen CNC-työstön rajoihinsa - suuri materiaalihukkaa, useat asennukset, pitkät toimitusajat ja mallit, jotka joko vaarantuvat tai tulevat kohtuuttoman kalliiksi. Tämä opas selittää miksi Alumiiniseosten 3D-tulostusSelektiivisen lasersulatuksen (SLM) kautta on tullut käytännöllinen ratkaisu metallisten 3D-tulostettujen komponenttien tuottamiseen näissä tilanteissa. Se kattaa tavanomaisen koneistuksen todelliset rajoitteet, SLM:n toiminnan ja sen mahdollistaman suunnitteluvapauden, miksi AlSi10Mg johtaa ilmailusovelluksissa, tyypillisiä mekaanisia ominaisuuksia, esimerkkiä todellisesta -maailmasta, selkeät kustannusten ja läpimenoajan vertailut sekä erityisolosuhteet, joissa metallin 3D-tulostus ylittää CNC:n.
Perinteisen koneistuksen rajat monimutkaisissa geometrioissa
CNC on edelleen erinomainen moniin osiin. Erittäin monimutkaisissa ilmailu- ja avaruusgeometrioissa haitat tulevat kuitenkin ilmeisiksi:
Työkalujen käyttö rajoittaa sisäisiä ominaisuuksia. Syvät kanavat tai suljetut ristikot pakottavat yleensä osan halkaisemaan ja myöhemmin koomaan.
Osto-/-lennot 10:1–20:1 ovat yleisiä. Käytännössä se tarkoittaa usein sitä, että 85–95 % aihiosta muuttuu hakkeeksi.
Useat asetukset lisäävät sekä kustannuksia että toleranssin lisääntymisen riskiä-.
Toimitusajat venyvät ohjelmoinnin, kiinnityksen ja peräkkäisten toimintojen kertyessä.
Kun geometria itse taistelee prosessia vastaan, projekti joko suunnitellaan uudelleen valmistusrajojen ympärillä tai tulee tarpeettoman kalliiksi.
Kuinka SLM 3D Printing Prototypes todella toimii
Selektiivinen lasersulatus rakentaa osan kerros kerrokselta metallijauheesta. Tehokas-laser sulattaa jauheen kokonaan leikattujen CAD-tietojen mukaan. Käyttämätön jauhe otetaan talteen, minkä vuoksi materiaalin käyttöaste on paljon suurempi kuin vähennysmenetelmillä.
Käytännön edut näkyvät nopeasti:
Sisäiset jäähdytys- tai nestekanavat voidaan sijoittaa juuri sinne, missä suorituskyky niitä vaatii.
Kiinteät osat voidaan korvata ristikko- tai gyroid-rakenteilla, jotka säilyttävät jäykkyyden massaa leikkaamalla.
Kokoonpanot voidaan usein yhdistää yhdeksi kappaleeksi poistamalla kiinnikkeet ja mahdolliset vuotoreitit.
Näistä syistä insinöörit etsivät yhä enemmän kokeneitaSLM 3D-tulostuksen prototyyppitehtaalla, kun osan geometria on päärajoite.
Miksi alumiiniseokset hallitsevat ilmailun metalli-3D-tulostusta
AlSi10Mg on edelleen työhevosseos useimmissa alumiiniseosten 3D-tulostuksen ilmailusovelluksissa. Se tarjoaa vahvan yhdistelmän lujuus-painosuhdetta-, lämmönjohtavuutta ja painettavuutta.
SLM AlSi10Mg:n tyypilliset mekaaniset ominaisuudet
|
Omaisuus |
Tyypillinen kantama (-rakennettu / lämpökäsitelty-) |
Käytännön huomautuksia |
|
Tiheys |
>99.5% |
Lähes-täysi tiheys on rutiinia optimoiduilla parametreilla |
|
Äärimmäinen vetolujuus |
350-450 MPa |
Riippuu suuresti lämpökäsittelystä |
|
Tuottovoima |
200-300 MPa |
- |
|
Pidentymä |
5–12% |
Parantaa oikealla T6-hoidolla |
|
Arvioitu väsymisraja |
70–110 MPa (rakennettuna) |
Parantaa merkittävästi pinnan viimeistelyä ja HIP:tä |
|
Lämmönjohtavuus |
Korkea |
Hyödyllinen lämmönvaihtimissa ja lämmönhallintaosissa |
Väsymissuorituskyky riittää monille toissijaisille rakenteille ja kiinnikkeille, kun prosessin ohjaus ja jälkikäsittely hoidetaan oikein. NASAn, EASA:n ja toimialajärjestöjen sertifiointikehykset kehittyvät edelleen, mikä antaa päteville valmistajille selkeämmän tien ilmailun käyttöön.
Tapausesimerkki: Sunhingstonesin toimittamat metalliset 3D-painetut komponentit
Äskettäinen ilmailu- ja avaruusalan asiakas saapui meille rakenteellisen alumiinikomponentin kanssa, joka sisälsi sisäisten ristikkoominaisuuksien ja mukautuvat kanavat. Perinteiset koneistustarjoukset osoittivat pitkiä toimitusaikoja ja paljon materiaalihukkaa. Suunnittelu olisi vaatinut useita asetuksia ja sisältänyt silti romuvaaran.
Valmistimme osan AlSi10Mg:stä SLM:n avulla. Tulokset:
Yhden-rakennuksen lähellä-verkko-muotojen tuotantoa usean-asetuksen koneistuksen sijaan
Toimitusaika lyhentynyt arviolta 7–9 viikosta (CNC-reitti) noin 2,5 viikkoon, mukaan lukien jälkikäsittely ja tarkastus
Huomattava painonpudotus ristikkorakenteen ansiosta, mikä olisi ollut epäkäytännöllistä koneistettavana
Korkea ensi{0}}tuotto tavallisen lämpökäsittelyn ja viimeistelyn jälkeen
Asiakas siirtyi uudelleensuunnittelukeskusteluista toiminnallisiin laitteistoihin pakottamatta suuria kompromisseja alkuperäiseen geometriaan. Tämä on käytännön tulos, jota useimmat tiimit etsivät etsiessään luotettavaaMetalliset 3D-painetut komponentitvalmistaja.
Milloin 3D-tulostuksessa on järkeä (ja milloin se ei ole)
Metalli 3D-tulostus ei ole automaattisesti parempi tai halvempi. Se toimii parhaiten tietyissä olosuhteissa. Alla oleva vertailu heijastaa tyypillisiä tuloksia, joita näemme monimutkaisissa ilmailu- ja avaruusgeometrioissa:
CNC vs SLM monimutkaisille ilmailu-osille
|
Tekijä |
Perinteinen CNC |
SLM (AlSi10Mg) |
Käytännön etu |
|
Materiaalijätteet |
Usein 10:1 – 20:1 |
Tyypillisesti 1,1:1 – 1,5:1 |
SLM |
|
Suunnittelun vapaus |
Työkalujen käyttörajoitus |
Korkea (hilat, sisäiset kanavat, osien yhdistäminen) |
SLM |
|
Prototyypin läpimenoaika |
4–12+ viikkoa |
1-3 viikkoa |
SLM |
|
Kustannusherkkyys |
Materiaali + työstöaika + kiinnitys |
Koneaika + jauhe + jälkikäsittely- |
Riippuu geometriasta |
|
Pintakäsittely |
Loistava{0}}koneistettuna |
Vaatii viimeistelyä kriittisille pinnoille |
CNC |
|
Paras istuvuus |
Keskikokoinen tai suuri volyymi, yksinkertaisemmat muodot |
Monimutkainen geometria, pieni tai keskimääräinen tilavuus |
Konteksti{0}}riippuvainen |
Yksinkertaiset prismaattiset osat suuremmissa määrissä suosivat edelleen CNC:tä. Hybridilähestymistavat - lähes -verkkomuodon tulostaminen ja viimeistely-vain kriittisten pintojen - työstäminen antavat usein parhaan kokonaistuloksen.
FAQ
K: Onko 3D-painettu alumiini tarpeeksi vahva ilmailun osiin?
V: Monille toissijaisille rakenteille, kannakkeille, koteloille ja lämmönvaihtimille kyllä -, kun prosessia ohjataan ja jälkikäsittely on sopivaa-. Ensisijaiset kriittiset rakenteet vaativat täydelliset pätevyystiedot.
K: Mitä eroa on SLM:n ja muiden metallisten 3D-tulostusmenetelmien välillä?
V: SLM sulattaa jauheen täysin ja tuottaa tiiviitä osia, jotka soveltuvat rakenteelliseen käyttöön. Muut prosessit, kuten sideainesuihkutus tai suunnattu energiapinnoitus, palvelevat erilaisia koon, kustannusten tai korjauksen tarpeita.
K: Miten SLM 3D-tulostuksen prototyyppien hinta verrattuna CNC:hen?
V: Monimutkaisilla geometrioilla, joilla on korkea osto-----suhde, SLM on usein kilpailukykyinen tai alhaisempi, kun materiaalihukkaa ja useat asennukset huomioidaan. Yksinkertaisissa osissa CNC yleensä voittaa.
K: Voidaanko 3D-painetut alumiiniosat sertifioida lentokäyttöön?
V: Kyllä, edellyttäen, että valmistaja ylläpitää materiaalin jäljitettävyyttä, prosessin ohjausta ja noudattaa vahvistettuja kelpuutusreittejä.
K: Ketä sinun pitäisi etsiä metallisten 3D-tulostettujen komponenttien valmistajana?
V: Kokemus ilmailu--alumiiniseoksista, dokumentoiduista laatujärjestelmistä,-talon jälkikäsittelystä ja tarkastuksista, ja kokemus toimivien osien toimittamisesta aikataulussa.
Jos sinulla on monimutkainen osa, joka aiheuttaa ongelmia nykyisten toimittajien kanssa, lähetä piirustus. Annamme sinulle suoran arvion siitä, onko SLM-alumiini parempi reitti -, joka kattaa valmistettavuuden, odotetut ominaisuudet, läpimenoajan ja kustannukset - ilman turhaa optimismia.
Sunhingstones keskittyy metallisiin 3D-tulostettuihin komponentteihin ilmailu- ja muihin vaativiin sovelluksiin. Ota yhteyttä, kun geometria itsessään on pääasiallinen rajoitus.