Milliseid materjale kasutatakse kosmose 3D-printimisel?

Enamik kosmoseostjaid ja insenere, kellega me räägime, seisavad silmitsi sama pettumusega: nädalad kulutasid hinnapakkumiste, mittetäielike materjalisertifikaatide ja osade taga, mis paberil näevad head välja, kuid ei suuda väsimus- või sertifitseerimiskontrollis läbi viia. Tegelik otsus on harva see, kas geomeetriat saab printida. See on see, milline materjal peab tegelikult vastu lennukoormuste, temperatuuritsüklite ja auditi kontrolli all,{2}}tagades samal ajal programmi jaoks vajaliku kaalu vähendamise.

Praktikas domineerivad kosmosesõidukite lisandite tootmises kolm metallide perekonda: titaanisulamid, alumiiniumisulamid ja nikli{0}}põhised supersulamid. Titaan juhib endiselt üldist nõudlust, eriti konstruktsiooni- ja mootoririistvara järele. 3Alumiiniumisulamite D-printimisest on saanud praktiline valik paljude lennukikere ja mehitamata õhusõidukite osade jaoks, kus hind ja kaal on olulisemad kui äärmuslik temperatuuritaluvus. Nikli supersulamid jäävad mootori kuumimate osade jaoks hädavajalikuks. Materjali õige hankimine on vaid pool tööst. Järel-töötlus-HIP, kuumtöötlus, pinnaviimistlus jametallist katmine 3D-prindid-ja tehke koostööd võimeka metallist 3D-printimise tootja/tehasega, tehke kindlaks, kas valmis metallist 3D-prinditud komponendid on tõesti lennuvalmid-.

Lennundus- ja kosmoseosad peavad tagama suure tugevuse -ka-kaaluni, usaldusväärse väsimuse, temperatuuritaluvuse ja täieliku jälgitavuse. Metallipulbrid moodustavad suurema osa kosmoselisandite tootmisel kulutatavatest materjalidest. Praegused turuandmed näitavad, et suurima osa hõivavad titaanisulamid, millele järgnevad niklisulamid ja alumiiniumisulamid.

Lennunduse 3D-printimise metallipulbrite turuosa materjali tüübi järgi (2025)

Isegi paar kilogrammi õhusõiduki kohta säästetud kaalu aitab säästa kütust kogu kasutusea jooksul. Samal ajal võib vale sulam või mittetäielik tihendamine põhjustada kulukaid ümberkujundusi ja hilinenud sertifikaate.

Näeme regulaarselt, et programmid viibivad, kuna osa oli ülekaaluline, ilmnes ootamatult poorsusest või ebaõnnestus materjali sertifikaadi ülevaatuses. Kui disain on lukustatud ja tööriistade või protsesside kvalifitseerimine alanud, muutub materjalide vahetamine kulukaks. Sulami vastavusse viimine tegeliku koormuse ja temperatuuriga-ning kogu protsessi marsruudi varajane kinnitamine-jääb suurimaks-võimenduseks, mida enamik meeskondi teha saab.

Titaanisulamid (Ti-6Al-4V)

Ti-6Al-4V on endiselt paljude konstruktsiooniklambrite, raamide ja mõõdukalt kõrge{5}}temperatuuriga mootorikomponentide vaikeseade. Selle tugevuse{7}}massi suhe, korrosioonikindlus ja pikad lennunduse kogemused muudavad selle asendamise kriitilistes rakendustes raskeks. Kui trükitakse hästi kontrollitud parameetritega ja millele järgneb HIP pluss kuumtöötlemine, lähenevad mehaanilised omadused tavaliselt sepistatud materjali omadele. Ulatuslikud olemasolevad protsessi- ja omadusandmed lihtsustavad ka sertifitseerimise teed võrreldes uuemate sulamitega.

Alumiiniumisulamite 3D-printimine

Alumiiniumisulamite 3D printimineon prototüüpimisest palju kaugemale jõudnud. Sulamid, nagu AlSi10Mg ja kõrgemat{2}}tugevust skandium-sisaldavad klassid, toetavad nüüd lennukiraami kronsteinide, soojusvahetite ja UAV-konstruktsioonide tootmist. Madala tiheduse, korraliku eritugevuse ja hea soojusjuhtivuse kombinatsioon muudab alumiiniumi atraktiivseks alati, kui pole vaja äärmist temperatuuritaluvust.

Disainivabadus on tõeline eelis. Topoloogia-optimeeritud võred ja integreeritud jahutuskanalid, mis oleksid töötlemise või valamise puhul kulukad või võimatud, muutuvad praktiliseks. Materjalikulu on samuti madalam kui titaanil, mis parandab suuremate või suuremamahuliste osade ärivõimalusi. Protsessi aken oli alumiiniumi peegelduvuse ja madalama sulamisvahemiku tõttu kitsam, kuid kaasaegsed laserpulber{5}}kihtsüsteemid käitlevad neid sulameid järjekindlalt. Nõuetekohane HIP, lahuse töötlemine ja vanandamine katavad suurema osa omaduste lüngast tavaliste alumiiniumist sepistega rakendustes, kus alumiinium on õige valik.

Nikli{0}}põhised supersulamid (Inconel)

Inconel 718 ja sellega seotud nikli supersulamid on endiselt olulised põlemiskambri riistvara, kütusepihustite ja muude kõrgel{1}}temperatuuriliste mootorikomponentide jaoks. Nad säilitavad tugevuse ja libisemiskindluse üle 650 kraadi. Lisatootmine võimaldab keerulisi sisemisi jahutuskäike, mis parandavad tõhusust ja vähendavad osade arvu. Need sulamid nõuavad rangemat protsessi kontrolli ja peaaegu alati vajavad HIP-i pluss täislahendust-ja -vanusekuumtöötlust, et vastata kosmoseväsimuse ja mikrostruktuuri nõuetele.

Lennundus- ja kosmosesulamite tüüpiliste mehaaniliste omaduste võrdlus (kuumtöödeldud{0}} / HIP seisund)

Kuna-ehitatud pinnad ja jääkpoorsus ei vasta peaaegu kunagi kosmosesõidukite viimistlus-, korrosioonikindlus- või tihendusnõuetele. Järeltöötlemine{2}} muudab prinditud geomeetria kasutatavaks metallist 3D-prinditud komponendiks.

Metallkattega 3D-prindid

Metallkattega 3D-prindid lahendavad mitu praktilist probleemi korraga. Elektrooniline nikkel, kõva kroom või spetsiaalsed kosmosesõidukikatted parandavad korrosiooni- ja kulumiskindlust. Need võivad ka tihendada pinna väiksemat poorsust ja tagada ühtlasema viimistluse. Alumiiniumist osad kaetakse tavaliselt anodeeriva või teisenduskattega. Titaani ja niklisulamite puhul kasutatakse olenevalt rakendusest sagedamini kohandatud plaadistus- või termopihustussüsteeme.

Ühise postituse{0}}töötlusetapid

Tüüpiline jada hõlmab pinge leevendamist, HIP tihendamist, kriitiliste liideste CNC-töötlust, pinna viimistlemist, lõplikku kuumtöötlust ja mittepurustavat kontrolli. Lennu-kriitilise riistvara puhul ei ole täielik pulbri ja protsessi jälgitavus ning täielik esimene-artiklipakett läbirääkimistel. Nende sammude vahelejätmine või-alamääramine on üks levinumaid põhjusi, miks prinditud osad hilisem kvalifitseerimine ebaõnnestub.

Üks hiljutine klient tuli meie juurde alumiiniumist valatud kronsteini komplektiga, mis oli nii ülekaaluline kui ka traditsiooniliste tööriistade tõttu piiratud. Koormused olid mõõdukad, nõuti korrosioonikindlust ja programm vajas selget teed suuremate mahtudeni.

Kujundasime osa ümber lisaainete tootmiseks, kasutades kosmose-{0}}klassi alumiiniumsulamit, rakendades topoloogia optimeerimist ja sisemisi võre funktsioone. Pärast laserpulber-voodiprintimist läbisid komponendid HIP-i, vastaspindade CNC-viimistluse ja kaitsva plaadistussüsteemi. Valmis osad vähendasid selget massi võrreldes algse valuga, täites samal ajal tugevuse ja väsimuse eesmärgid. Aeg disaini külmutamisest esimese funktsionaalse riistvarani lühenes märkimisväärselt ja sama protsess laienes ilma suuremate muudatusteta väikeseeriatootmiseks. Antud juhul lahendas alumiiniumsulamite 3D-printimine koos korraliku viimistluse ja kattega nii tehnilised kui ka kaubanduslikud probleemid.

Ainuüksi materjali valik ei taga kasutatavat osa. Tarnija protsessijuhtimis- ja kvaliteedisüsteem otsustavad, kas prinditud komponent ka tegelikult töötab.

Sertifitseerimisnõuded

Otsige AS9100 (või samaväärseid) süsteeme, täielikku materjalipartii jälgitavust ja tõestatud kogemusi konkreetsete vajalike sulamitega. Titaani-, alumiiniumi- või niklisulamite pulber-sulamikihi sulatamise protsessispetsiifilised kvalifikatsioonid lisavad enesekindlust. Lennu-kriitilise töö jaoks on oluline võimalus esitada täielikud materjalitesti aruanded, parameetrite kirjed ja NDT tulemused.

Võimalus prototüübist tootmiseni

Usaldusväärne metallist 3D-printimise tootja/tehas peaks toetama kiiret prototüüpide loomist, kujundamist-lisandava tagasiside saamiseks ja seejärel ühtseid tootmismahte. Küsige masina võimsuse, pulbri kvaliteedikontrolli ja ringlussevõtu protseduuride,-majasisese või rangelt juhitud-järeltöötluse ning metallist 3D-prinditud osade hulgimüügikogemuse kohta. Paremad tarnijad aitavad samuti navigeerida DMLS-i ja SLM-i protsessiakende praktilistes erinevustes antud sulami ja geomeetria puhul.

Kui võrdlete endiselt mittetäielikke sertifikaate ja vastuolulisi materjalinõudeid, saatke meile joonis või CAD-mudel koos koormuse, temperatuuri ja mahu nõuetega. Soovitame 3D-printimiseks sobivaid kosmosetööstuskvaliteediga materjale, kirjeldame kogu protsessi ja{2}}järeltöötluse marsruuti (sh vajaduse korral plaadistusvalikud) ning esitame selge hinnapakkumise realistlike teostusaegadega. Ükskõik, kas vajate funktsionaalseid prototüüpe või teed metallist 3D-prinditud osade hulgimüügini, on järgmine samm otsene tehniline arutelu, mitte järjekordne tarnijate võrdlusvoor.