Lennundusettevõtted pöörduvad metallist 3D prinditud komponendidsest traditsiooniline tootmine tekitab endiselt välditavaid viivitusi, kõrgeid tööriistakulusid ja geomeetrilisi piiranguid, mis sunnivad projekteerimisel kompromisse. Lisaprotsessid lühendavad väikese-mahuga ja keerukate osade teostusaega, taastavad sisekanalite ja kergekaaluliste struktuuride projekteerimisvabaduse ning tagavad mehaanilise jõudluse, mis vastab paljudele teisestele konstruktsiooninõuetele, kui neid korralikult-töödeldakse ja sertifitseeritakse. Alumiiniumisulamid, nagu AlSi10Mg ja Scalmalloy, koos titaanivalikutega toetavad nüüd tegelikku tootmist AS9100{7}}taseme kvaliteedisüsteemide alusel, samas kui plaadistus ja pinnatöötlus vastavad korrosiooni- ja vastupidavusvajadustele. Järgmistes osades käsitletakse tavapäraste meetoditega seotud praktilisi probleeme, lisandina valmistatud osade tugevust ja töökindlust, järeltöötluse tegelikkust ning selle lähenemisviisi kasvavat aktsepteerimist kosmoseprogrammides.
Traditsiooniline tootmine tekitab siiski välditavat hõõrdumist
Juhtimisajad jäävad kõige nähtavamaks valupunktiks. Sepistamisstantsid, investeerimis-valuvormid ja keerulised CNC-kinnitused lisavad regulaarselt nädalaid enne metalli lõikamist. Väikese -mahuga käitamisega kaasnevad suured seadistamiskulud ja materjalijäätmed; titaani ja niklisulamite ostude -/-lennu suhe on sageli tunduvalt suurem kui 10:1. Prototüübid, mis peaksid võtma päevi, venivad mitmeks nädalaks ja kümnete või madalate sadade kaupa tootmiskogused õigustavad harva tööriistainvesteeringut.
Geomeetria loob teise, vaiksema piirangu. Sügavad sisekäigud, konformne jahutus ja võrestruktuurid nõuavad mitut seadistust või neid ei saa lihtsalt ökonoomselt töödelda. Insenerid lihtsustavad, lisavad kaalu või jagavad osa sõlmedeks. Ükski neist kompromissidest ei ole kooskõlas tänapäevaste lennukiprogrammide kergekaalustamise ja{3}}osalise arvu vähendamise eesmärkidega. Metallist 3D-printimisega kosmoseosad eemaldavad paljud neist piirangutest, ehitades geomeetria otse pulbrist.
Alumiiniumsulamid ja nihe lisandi poole
Alumiinium domineerib endiselt paljudes sekundaarsetes struktuurides ja mitte{0}}kuumade-sektsioonide rakendustes. AlSi10Mg pulber-sulamite ja suurema jõudlusega sulamite, nagu Scalmalloy, liitmine annab nüüd tiheda materjali, mis pärast sobivat kuumtöötlemist toetab tegelikku struktuurilist kasutamist.
Kõige vahetum kasu on kaal. Topoloogia optimeerimine koos sisemiste võredega vähendab tavaliselt massi 20–35 protsenti, saavutades samal ajal jäikuseesmärgid. Meeskonnad, kes töötavad koos kogenud alumiiniumisulamist 3D-printimise tootjasaab ka otsustada, millal Scalmalloy täiendav tugevus ja väsimus õigustavad selle kõrgemat hinda võrreldes säästlikuma AlSi10Mg-ga.
Tüüpilised kuumtöödeldud{0}}omadused (sõltuvad orientatsioonist ja protsessist):
|
Kinnisvara |
AlSi10Mg (LPBF) |
Scalmalloy (LPBF) |
6061-T6 (CNC) |
A356-T6 (valatud) |
|
Tihedus (g/cm³) |
~2.67 |
~2.68 |
2.70 |
2.67 |
|
Ülim tõmbetugevus (MPa) |
330–450 |
490–540 |
290–310 |
260–290 |
|
Voolutugevus (MPa) |
230–330 |
450–500 |
240–275 |
185–205 |
|
Pikendus (%) |
6–15 |
8–15 |
10–17 |
3–6 |
Need arvud on kasulikud ainult varase sõeluuringu jaoks. Lõplikud lubatud summad pärinevad alati protsessi{1}}spetsiifiliste katsete ja tunnistajate kupongidest.
Titaanisulamid, eriti Ti-6Al-4V, järgivad sarnast loogikat suurema koormuse või kõrgema temperatuuriga rakenduste puhul. 3D-prinditud titaanist lennukiosad lendavad juba sulgudes, liitmike ja teatud konstruktsioonielementides, kus tugevuse, korrosioonikindluse ja disainivabaduse kombinatsioon kaalub üles suurema materjalikulu.
Kui tugevad on 3D{1}}prinditud metallosad praktikas?
Küsimusele "kas 3D-prinditud metall on sama tugev kui töödeldud metall" ei ole ühest vastust. Paljude staatilise -koormuse rakenduste korral on korralikult töödeldud LPBF-osade tõmbe- ja voolavustugevus samaväärne või ületab võrreldavate valusulamite oma. Kiire tahkumine loob peened mikrostruktuurid, mis aitavad seda jõudlust. Sepistatud CNC-materjaliga on võrdlus tihedam: staatiline tugevus on sageli konkurentsivõimeline, samas kui väsimuse kestus sõltub suuresti pinna seisundist, jääkpoorsusest ja ehituse orientatsioonist.
Praktikas toovad kuumisostaatiline pressimine, pinge{0}}vabastamine või lahuse kuumtöötlus ning kriitiliste pindade töötlemine palju sekundaarseid konstruktsiooni- ja vedelike{1}}käsitlemise komponente lennunduses lubatud piiresse. Peamised lennu{3}}kriitilised osad nõuavad endiselt täielikku protsessi kvalifitseerimist, kuid tehniline tee on nüüd selgem kui viis aastat tagasi. Metalli 3D-printimine versus CNC-töötlemine lennunduse ja kosmosetöötlemise otsused mõjutavad seega vähem absoluutset tugevust ja rohkem geomeetria keerukust, mahtu ja kogu teostusaega.
Kvaliteedisüsteemid sulgevad ahela. Tarnijad, kes tegutsevad standardi AS9100 või EN 9100 alusel, säilitavad iga partii puhul pulbri jälgitavuse, protsessi jälgimise ja mehaaniliste testide andmed. See dokumentatsioon võimaldab originaalseadmete tootjatel ja 1. astme tarnijatel vastu võtta täiendavalt valmistatud osi kontrollitud tarneahelatesse.
Pinnakaitse ja posti{0}}töötlemise tegelikkus
Kuna-ehitatud pinnad, mis on valmistatud pulberkihiga-, on töötlemata pinnad karedamad ja võivad säilitada jääkpinget või vähese poorsuse. Seetõttu ei ole metallist 3D{5}}prinditud osade-järeltöötlus kohustuslik. Tüüpilised jadad hõlmavad toe eemaldamist, kuumtöötlust, HIP-i, kus väsimus või rõhu terviklikkus on oluline, liideste selektiivset CNC-töötlust ja kaitsekatteid.
Alumiiniumkomponentide puhul on korrosioonikindlus-vaieldamatu. Niiskus, -jääsulatusvedelikud ja galvaanilised paarid nõuavad anodeerimist, konversioonikatteid või spetsiaalset plaatimist. Kui need sammud on algusest peale planeeritud, mitte järelmõtlemisena, jäävad mõõtmete täpsus ja pikaajaline-vastupidavus kontrolli alla.
Esindusprojekt: komplekssed alumiiniumklambrid
Tier-2 tarnija, kes tootis kommertslennukitele sekundaarseid konstruktsiooniklambreid, seisis silmitsi sisemiste vedelikukanalite ja võresüdamikega, mis sundis kas rasket töötlemismaterjali või mitme{3}}osaga kooste. Tavapärased hinnapakkumised langesid kümne{4}}–-kaheteistnädalase vahemikku ja tööriistakulu, mida oli piiratud koguses raske amortiseerida.
Disain kohandati lisandite tootmiseks, trükiti AlSi10Mg-s, kuum{1}}töödeldud ja viimistleti-töötlusega kriitilistel liidestel. Kontrollitud osad jõudsid kohale veidi alla nelja nädalaga. Juhtimisaeg vähenes enam kui poole võrra. Massi vähendamine topoloogia optimeerimise kaudu jõudis 20 protsendi keskele. Tööriistade kõrvaldamine hoidis väikese partii ühikuhinna toimivana. Sama digitaalne fail toimib nüüd tulevaste varuosade digitaalse inventuurina.
Seda tüüpi tulemused on üha tavalisemad, kui tootja juba mõistab lennundusalase dokumentatsiooni nõudeid ja järeltöötluse praktilisi piire{0}. Tulemused varieeruvad endiselt olenevalt osa suurusest, pulbripartiist ja masina kasutamisest, seega on protsessi varased ülevaated endiselt olulised.
Kasvav tööstusharu aktsepteerimine
Lennundustööstuse originaalseadmete valmistajad, regulaatorid ja tööstusrühmad on pidevalt laiendanud lisaainete tootmise kvalifikatsiooniraamistikke. Üha enam tarnijaid omavad AS9100 või EN 9100 sertifikaate, mis hõlmavad spetsiaalselt metallilisandite protsesse. Kütusepihustid, kronsteinid, soojusvahetid ja valitud konstruktsioonitarvikud on juba kasutusel. See tööajalugu koos selgemate sertifitseerimisteedega vähendab jätkuvalt barjääri uutele programmidele, mis hindavad metallist 3D-prinditud komponente.
KKK
K: Kas metallist 3D-printimine on lennukiosade jaoks piisavalt tugev?
V: Paljud sekundaarsed struktuurid ja mittekriitilised komponendid vastavad juba nõutavatele staatilisuse ja väsimuse lubatud nõuetele, kui protsessi juhitakse ja järeltöödeldakse õigesti. Esmased lennu{3}}kriitilised rakendused vajavad endiselt täielikku protsessi kvalifitseerimist ja materjalide väljatöötamist, kuid marsruut on loodud ja laieneb.
K: Milliseid metalle kasutatakse kosmoselisandite tootmises kõige rohkem?
V: Alumiiniumsulamid (AlSi10Mg ja Scalmalloy), titaan Ti-6Al-4V, niklisulamid, nagu Inconel 718, roostevaba teras ja koobalt-kroom katavad suurema osa praegusest tööst. Lõpliku valiku määravad temperatuur, tugevus, kaal ja korrosiooninõuded.
K: Kui palju aega saab kokku hoida võrreldes CNC-töötlusega?
V: Prototüüpide ja väikesemahulise{0}}tootmise puhul väheneb sageli 50% või rohkem, peamiselt seetõttu, et tööriistad kaovad ja keerukaid funktsioone saab toota ühe järguga. Tegelik sääst oleneb osa suurusest, materjalist, poe praegusest laadimisest ja nõutavast järeltöötlusest{3}.
K: Kas 3D-prinditud metallosad saavad lennu-kriitilise sertifikaadi?
V: Nad saavad, kui protsess ja taotlus on kvalifitseeritud. Sertifitseerimine on nii rakenduse- kui ka protsessi-spetsiifiline. Tootjatel, kes juba tegutsevad AS9100 all ja tarnivad kosmoselennunduskliente, on tavaliselt kõige parem positsioon vajalike protsessijuhtimis-, testimis- ja dokumentatsioonipakettide loomiseks.
Kui teostusajad, tööriistade maksumus või geomeetrilised piirangud piiravad praegust programmi, on sageli kiireim viis võimaluse kvantifitseerimiseks kandidaatosade sihipärane ülevaade lisandite omadustest. Ametallist 3D-printimise tootjaKergekaaluliste kosmosekomponentide ja täieliku kosmoselennunduse dokumentatsiooniga kogemusega saab tavaliselt mõne päeva jooksul pärast mudeli ja nõuete kättesaamist anda selge tarneaja, kulu ja kvalifikatsiooni hinnangu.