Letecký a kozmický sektor sa v našom rýchlom technologicky vyspelom období rýchlo rozvíja a kritériá presnosti výroby a výkonu neustále rastú. Pri konfrontácii s komplikovanými štruktúrami a požiadavkami na vysokú presnosť leteckých komponentov je pre tradičné výrobné techniky niekedy ťažké dosiahnuť optimálne výsledky. Zavedenie technológie kovovej 3D tlače zásadne zmenilo výrobu lietadiel, výrazne zvýšilo presnosť výroby a podporilo rozvoj kreatívneho priemyslu.
Kovová 3D tlač, niekedy označovaná ako výroba kovových aditív, je technika, pri ktorej sa trojrozmerné veci vytvárajú vrstvením kovových práškov alebo drôtov po vrstvách. Taví kovový prášok pod vopred navrhnutým obrysom modelu pomocou zdrojov energie, ako sú lasery alebo elektrónové lúče, čím vytvára pevnú vrstvu kovu. Výrobná platforma potom spadne o jednu vrstvu, nanesie čerstvý kovový prášok a stále opakuje vyššie uvedený postup, až kým nie je postavená celá. Táto aditívna výrobná technika „od nuly“ výrazne zvyšuje výrobnú presnosť, dosahuje priamu výrobu zložitých konštrukčných komponentov a úplne oslobodzuje od obmedzení konvenčných foriem.
Technológia kovovej 3D tlače sa spočiatku prejavuje v leteckom priemysle pri výrobe komponentov motorov. Výkon leteckých motorov priamo ovplyvňuje všeobecný výkon lietadla, pretože tvoria jeho základnú zložku. Tradičná technika výroby motorov si vyžaduje množstvo precíznych obrábacích a montážnych operácií, nielen časovo a pracovne náročné, ale aj náročné na zaručenie presnosti výroby. Technológia kovovej 3D tlače drasticky skrátila tieto pracne náročné procesy. Technológiou kovovej 3D tlače je možné priamo vyrábať komponenty motora s komplikovanou štruktúrou, ako sú palivové dýzy, lopatky nízkotlakových turbín atď., presným tavením a vrstvením kovových práškov. Tieto časti musia odolávať pomerne vysokým teplotám a tlakom, okrem toho, že sú náročné na konštrukciu. Technológia kovovej 3D tlače pomocou ideálneho dizajnu a výberu materiálu nielen efektívne docielila presnú výrobu týchto komponentov, ale aj výrazne zvýšila ich pevnosť a odolnosť. Napríklad, hoci si zachovávajú veľkú pevnosť a pomer hmotnosti, lopatky nízkotlakovej turbíny zložené zo zliatiny TiAl sú asi o 50 % ľahšie ako bežné vysokoteplotné zliatiny na báze niklu, čím sa znižuje hmotnosť celej nízkotlakovej turbíny.
Okrem častí motora je ďalším kľúčovým využitím technológie kovovej 3D tlače v leteckom a kozmickom sektore ľahký dizajn. Zlepšenie výkonu lietadla väčšinou závisí od hmotnosti, takže technológia kovovej 3D tlače dosahuje ľahký dizajn pomocou konštrukčného dizajnu a výberu materiálov komponentov. Napríklad pri motore GE9X pomohla technológia 3D tlače optimalizovať pôvodné komponenty výmenníka tepla 163 do jedného integrovaného komponentu, čím sa znížila hmotnosť o 40 %, výrobné náklady o 25 % a predĺžila sa životnosť. Okrem zníženia celkovej hmotnosti lietadla táto ľahká architektúra zvyšuje spotrebu paliva a znižuje emisie uhlíka.
Veľký stupeň prispôsobenia a efektivity technológie kovovej 3D tlače v leteckom inžinierstve pridáva ešte jednu dôležitú výhodu. Zatiaľ čo kovová 3D tlač môže priamo vytlačiť potrebnú formu založenú na modeloch CAD bez ďalšieho spracovania, tradičné výrobné techniky vyžadujú veľké množstvo foriem a prípravkov na výrobu komponentov. Personalizácia je s touto výrobnou technikou „jeden na jedného“ jednoduchá. Hromadná výroba a jednotlivé diely môžu byť rýchlo dokončené za rovnakú cenu. Navyše kovová 3D tlač drasticky znižuje výrobný cyklus komponentov. Zatiaľ čo kovová 3D tlač môže byť dokončená za hodiny alebo dokonca minúty, výroba komplikovaného komponentu konvenčnými technikami môže trvať týždne alebo dokonca mesiace. Okrem zvýšenia efektívnosti výroby táto efektívna výrobná technika urýchľuje zavádzanie nových produktov, čím firmám šetrí značný čas.
Zvýšenie presnosti technológie kovovej 3D tlače v leteckej výrobe je zrejmé aj pri výrobe komplikovaných konštrukčných komponentov. Určité komponenty lietadiel majú pomerne vysoké požiadavky na zložitosť a presnosť, ktoré konvenčné výrobné techniky niekedy považujú za náročné. Priama tvorba týchto zložitých konštrukčných komponentov a garantovaná vysoko presná výroba sú výsledkom technológií 3D tlače kovov. Napríklad na výrobu raketových motorov môže technológia kovovej 3D tlače vytvárať komponenty so zložitými chladiacimi kanálmi, ktoré je náročné získať konvenčnými výrobnými technikami. Použitím technológie kovovej 3D tlače je možné presne regulovať tavenie a tvorbu každej vrstvy kovového prášku, čo umožňuje presnú výrobu zložitých konštrukcií.
Využitie technológie 3D tlače kovov v leteckom a kozmickom priemysle však prináša aj určité ťažkosti. Napríklad náklady a investície do kovového 3D tlačového zariadenia sú dosť vysoké; je potrebný ďalší výskum a riešenia na zvládnutie problémov vrátane tepelného napätia a zvyškového napätia v procese kovovej 3D tlače; príprava a skladovanie kovových práškov vyžaduje prísnu kontrolu podmienok. Napriek tomu sa technológia kovovej 3D tlače so svojimi špeciálnymi výhodami a možnosťami stáva čoraz významnejšou v leteckom priemysle.
https://www.china-3dprinting.com/metal-3d-printing/metal-3d-printing-piston-in-the-engine.html