Kas metallist 3D-printimist on kosmosevormidele rakendatud?

1. Tehnoloogiline kohanemisvõime: tavatootmise füüsiliste ja rahaliste tõkete ületamine
Lennundus- ja kosmosevormidel peavad olema keerukad kanalikujundused, ülitäpne pinnatöötlus,{0}}kerge konstruktsioon ja vastupidavus karmidele tingimustele. Metallist 3D-printimise tehnoloogia täidab kõik need vajadused järgmiste funktsioonidega:
Sobiva jahutuskanali disain
Tüüpiline vormijahutussüsteem kasutab puurimistehnoloogiat, kuid seda piirab vormi struktuur. See võib põhjustada probleeme ebaühtlase jahutusega, mis võib põhjustada kuumaid kohti. Metallist 3D-printimine võib kleepuda vormiõõnsustesse, kasutades topoloogia optimeerimist mis tahes kujuga jahutuskanalite ehitamiseks. Näiteks Platinum Technology valmistas Blue Arrow Aerospace'i jaoks süütepaindetoru vormi, mis kasutab konformset veeteed, et vähendada survevalutsüklit 35%. Toodete sertifitseerimise määr on tõusnud 85%-lt 96%-le. Selline tehnika võib oluliselt vähendada termilise pinge kontsentratsiooni õhusõiduki mootori labade vormides ja pikendada vormi vastupidavust.
Väga{0}}täpne pind ja funktsionaalne integratsioon
Lennundusvormid vajavad väga siledaid pindu ja metallist 3D-printimine võib laseri võimsust, skaneerimismeetodit ja pulbri omadusi muutes saada pindu, mille karedus Ra on väiksem või võrdne 0,8 μm. Näiteks Platinum A160 printeriga valmistatud titaanisulamist puusaliigese vorm on pinnal mikropoorse struktuuriga (poorsusega 60% kuni 80%), mis vastab koheselt biosobivuse standarditele, mistõttu pole pärast printimist vaja poleerida. Samuti saab metallist 3D-printimisega printida korraga rohkem kui ühe materjaliga. Näiteks Laser Luminescence valmistas vasest kõrge temperatuuriga-sulamist mitmest materjalist tõukejõukambri vormi, mis lisab laserkattetehnoloogia abil vasest aluspinna pinnale GH4169 tugevduskihi. See tasakaalustab soojusjuhtivust ja konstruktsiooni tugevust.
Kergekaaluline ja topoloogia optimeerimine
Energia säästmiseks ja transpordi tõhusamaks muutmiseks peavad kosmosetööstuse vormid olema võimalikult kerged, kuid samas tugevad. Biomimeetilised võrearhitektuurid ja õhukese{1}}seinaga tugevdus võivad aidata metallist 3D-printimisel säästa rohkem kui 30% selle massist. Näiteks Platinum Technology valmistas teatud satelliidikonstruktsiooni jaoks 3D-printimisvormi, mis kasutab võrekujundust. See disain vähendab kaalu 40%, olles samas tugev. Seda on edukalt kasutatud Hiina suurimas 3D-printimise satelliidiprojektis kosmoses.
Kiire muudatuste ja väikeste partiide tegemine
Traditsioonilisel vormitootmisel kulub vormi avamiseks mitu kuud, samas kui metallist 3D-printimisega saab vormimudeleid kiiresti vahetada, kasutades valikut "Ühe klõpsuga printimine". See on kosmosetööstuse toodete puhul oluline, kuna neil on lühike iteratsioonitsükkel. Näiteks Wisconsini 3D-printimise seadmed saavad korraga printida mitme laseriga. See võib valmistada 200 tükki päevas ja maksab 40% vähem tüki kohta kui traditsioonilised meetodid. See kiirendab uute rakettmootorite uurimis- ja arendustsüklit palju.
2. Levinud kasutusjuhtumid: hõlmab kõike alates põhikomponentidest kuni kogu tööstusahelani
Metallist 3D-printimise tehnoloogia on jõudnud paljudesse olulistesse kosmosevaluvormide valdkondadesse, luues tervikliku protsessilahenduse alates disaini kontrollimisest kuni masstootmiseni:
Vorm mootoriosade jaoks
Metallist 3D-printimist kasutatakse sageli oluliste osade, näiteks turbiinilabade ja õhusõidukite mootorite põlemiskambrite jaoks vormide valmistamiseks. Platinumi ja Blue Arrow Aerospace'i koos töötades loodud mootori süütepaartoru YF-75DA vorm vähendab integreeritud vormimise abil standardsete keevitusmeetoditega kaasnevat pragunemise ohtu. Nii kestab vorm üle 50% kauem. GE Aviation kasutab ka metallist 3D-printimist kütusedüüside vormide valmistamiseks, mis lühendab tarneaega poole võrra ja kulusid 30%.
Vorm kosmoselaevade konstruktsiooniosade jaoks
Suurte konstruktsiooniosade, nagu satelliitide ja raketiosade, vormide valmistamiseks on vaja materjale, mis on väga tugevad ja täpse suurusega. LiM-X650 laserseade trükkis raketiruumi teatud ala jaoks vormi. See koosneb tugevast ja kergest alumiiniumisulamist. Topoloogia optimeerimine parandab konstruktsiooni jõudlust ja kohalik võrestruktuur on välja töötatud lisaosadest vabanemiseks ja kergekaalukriteeriumide täitmiseks. Vormi on edukalt kasutatud Chang Ba Jia raketi südamiku teise etapi valmistamisel, mis on tootmisprotsessi oluliselt kiirendanud.
Vorm soojusvahetuseks ja soojuskadudeks
Lennundusseadmed töötavad väga karmides tingimustes ja soojust hajutavatel vormidel on väga ranged jõudlusstandardid. Platinum Technology valmistatud puhtast vasest soojust hajutava uimevormi gradiendi paksus on 0,5–1 mm. See koos puhta vase kõrge soojusjuhtivusega muudab selle soojuse hajutamisel 40% tõhusamaks kui tavalised vormid. Inimesed on seda tüüpi vormi palju kasutanud sellistes kohtades nagu raketimootori tõukekambrid ja satelliittermojuhtimissüsteemid.
Vormide kinnitamine ja taastootmine
Kosmoseseadmete hallituse kulumise või pragude parandamine pärast pikka kasutamist maksab palju. Pöördprojekteerimise abil saab metallist 3D-printimisega vormiõõnsustest kiiresti koopiaid teha. Samuti saab see parandada kohalikke kahjustusi, kasutades pooktrükkimise tehnikat. Näiteks Platinum süsteemi osade automaatse pookimissüsteemi pookimise täpsus on 0,05 mm, mis vähendab remondikulusid võrreldes varasemate meetoditega poole võrra ja kiirendab remonditsükleid 70%.
3. Tööstusliku ökosüsteemi loomine: suurtest tehnoloogilistest edusammudest suurte kasutusviisideni
Metallist 3D-printimise laialdane kasutamine lennundus- ja kosmosevormide äris on nii tööstusahela tipust kui ka alumisest osast pärit uute ideede tulemus.
Uued ideed tööriistade ja materjalide jaoks
Bolite ja Huashu High Tech on kaks kodumaist ettevõtet, mis on välja andnud mitu tööstuslikku -metallist 3D-printerit, mis võimaldavad luua tohutuid, mitmest materjalist{2}} ja ülitäpseid objekte. Näiteks Platinum BLT{5}}S1500 sisaldab 26-laseriga sünkroonset skaneerimissüsteemi, mis suudab printida 10 korda kiiremini kui tavalised ühe-laseriseadmed ja valmistada 1,5-meetrise läbimõõduga kosmoseosi. Xi'an Sailong Metal on muutnud sfäärilise titaanisulamist pulbri, mis on 30% voolavam, mis tähendab, et seda saab trükkida suurema täpsusega. AVIC Maite MT800H seadmetega saab printida niklipõhiseid kõrge temperatuuriga sulameid, et rahuldada mootori kuuma otsa komponentide vajadusi.
Standardite seadmine ja protsesside optimeerimine
Lennundussektoris on hallituse kvaliteedi kriteeriumid väga kõrged ja protsesside juhtimiseks tuleb kehtestada ranged juhised. Näiteks Platinum Technology intelligentne protsessiteek ühendab endas üle 100 000 materjaliparameetrite komplekti ja teeb parima printimislahenduse leidmise lihtsaks vaid ühe klõpsuga. Huashu High Techi ja Siemensi loodud tööstuslik-metallist 3D-printimise lahendus kasutab mitme-füüsikavälja sidestusanalüüsi, et leida parim printimistee ja vähendada deformatsiooniriski. Samuti on USA ettevõtted aktiivselt kaasatud selliste rahvusvaheliste standardite loomisesse nagu ISO/ASTM, mis julgustab tehnoloogiat standardiseeritud viisil kasutama.
Uued viisid teenuste osutamiseks
Metallist 3D-printimise ettevõtted muutuvad "seadmete tarnijatelt" "täieliku elutsükli teenuste pakkujateks". Näiteks Bolite kasutab asjade Interneti platvormi, et hoiatada kliente seadmete probleemide eest, diagnoosida neid kaugelt ja saata neile osasid. Nende kliendid on pärit sellistest tööstusharudest nagu lennundus ja autotööstus. Huashu High Tech on loonud kõik-ühes-tarnemudeli „riistvara+tarkvara+teenused”, et aidata klientidel tehnilistest väljakutsetest üle saada.