1. Vlastnosti materiálu a obmedzenia
Zatiaľ čo hliníkové zliatiny sú pomerne populárne, ale prinášajú veľa ťažkostí v procese 3D tlače, zvyčajne používanými materiálmi v kovovej 3D tlači sú zliatiny titánu, vysokoteplotné zliatiny a zliatiny medi. Nízka absorpcia lasera z hliníkovej zliatiny a veľká tepelná vodivosť spôsobujú značné straty energie a nízku účinnosť tvárnenia. Okrem toho sú hliníkové zliatiny náchylné na deformáciu a akumuláciu napätia počas nanášania laserom; preto je potrebné vykonať ďalšie preventívne kroky na zastavenie praskania dielu.
Hliníková zliatina, ktorá sa ťažko odstraňuje a ovplyvňuje kvalitu komponentov, je tiež náchylná reagovať s kyslíkom počas priameho nanášania laserom za vzniku Al ₂ O ∙ s vysokým bodom topenia. Legujúce prvky s nízkou teplotou varu (ako Zn a Si) v hliníkových zliatinách sú náchylné na horenie počas laserového nanášania, čo mení zloženie zliatiny a tým ovplyvňuje mikroštruktúru a charakteristiky komponentov. Limity týchto materiálových vlastností obmedzujú použitie hliníkových zliatin pri 3D tlači častí vesmírnych lodí.
2. Nevýhody výrobných metodík
Okrem toho so samotnou kovovou 3D tlačou prichádzajú určité obmedzenia vo výrobnom procese. Jedna z najčastejšie používaných technológií 3D tlače na kov, napríklad technológia Laser Powder Bed Melting (L-PBF) má pomerne nízku efektivitu výroby, najmä v operáciách následného spracovania zahŕňajúcich zložité geometrické kusy. Počas CNC obrábania, čím ťažšie je identifikovať a upnúť, tým zložitejší je geometrický tvar obrobku, čím sa zvyšujú výrobné náklady a čas.
Okrem toho vznikajú počas procesu 3D tlače z kovu dym a špliechanie, ktoré môžu ovplyvniť opätovnú použiteľnosť prášku a zvýšiť výrobné náklady. Výkon a kvalitu hotových výrobkov do značnej miery ovplyvňujú činnosti po spracovaní vrátane odstraňovania častíc, tepelného spracovania, obrábania a leštenia povrchu. Najmä pri zložitých konštrukčných súčiastkach vytvorených tavením práškového lôžka je odstraňovacích techník podpory procesu málo a na odstraňovanie sa bežne používajú kliešte, čo zvyšuje nebezpečenstvo deformácie a poškodenia dielov a komplikuje záruku kvality konzistencie.
3. Pokyny a ťažkosti pre fyzický výkon
Nízka hustota, veľký modul pružnosti, silná pevnosť a veľká húževnatosť definujú veľmi vysoké štandardy fyzikálneho výkonu pre komponenty kozmických lodí. Tieto kritériá obmedzujú výber kovového materiálu pre 3D tlač a dizajnový prístup. Napríklad, hoci hliníková zliatina má nízku hustotu, fyzikálne obmedzenia počas procesu 3D tlače sťažujú splnenie kritérií vysokej pevnosti a vysokej húževnatosti.
Okrem toho dlhodobá prevádzka komponentov kozmickej lode na obežnej dráhe vyžaduje robustné podmienky prostredia vrátane vysokej teploty, nízkej teploty, vákua a žiarenia. Tieto environmentálne prvky kladú pomerne vysoké nároky na stabilitu materiálu. Zmeny v mikroštruktúre a fázovom zložení materiálu môžu byť výsledkom kovovej 3D tlače, čo ovplyvňuje jeho dlhodobú stabilitu a spoľahlivosť.
4. Otázky technickej certifikácie a stupeň zrelosti
Hoci technológia kovovej 3D tlače má široké možnosti využitia pri navrhovaní komponentov kozmických lodí, jej technologický vývoj je stále potrebné zlepšovať. Nedostatočná certifikácia spôsobuje, že mnohé zliatiny aditívnej výroby sú pre letecký sektor náročné. Certifikačný postup predstavuje výzvy pre pokrok a používanie nových technológií, pretože si vyžaduje čas a množstvo experimentálnych údajov na podporu.
Zároveň je výber techniky kovovej 3D tlače náročná úloha. Mali by sa brať do úvahy konštrukčné prvky, procesné vstupy, procesné obmedzenia, metalurgické a geometrické aspekty okrem iných faktorov. Tieto prvky sa vzájomne ovplyvňujú a komplikujú a spochybňujú výber procesu.
5. Smer budúceho vývoja
Hoci kovová 3D tlač má niekoľko fyzických obmedzení, jej aplikačné možnosti v dizajne komponentov kozmických lodí sú stále dosť široké. Súčasťou budúceho smerovania vývoja môže byť nasledovné:
Vývoj čerstvého materiálu: Vytvárajte čerstvé materiály, ktoré sa lepšie hodia na 3D tlač, vrátane zliatin titánu, vysokoteplotných zliatin a vysokovýkonných hliníkových zliatin. Vynikajúce fyzikálne a spracovateľské vlastnosti týchto nových materiálov by mali pomôcť uspokojiť prísne potreby komponentov vesmírnych lodí.
Zlepšenie procesu: Vylepšenie súčasných techník 3D tlače pomôže zvýšiť kvalitu komponentov a efektivitu výroby. Napríklad efektívnosť tvarovania a výkon dielov možno zvýšiť maximalizáciou parametrov lasera, vlastností prášku a techník následného spracovania.
Technická certifikácia je zaviesť celý certifikačný systém a normy, čím sa posilní certifikačné úsilie pre technológiu kovovej 3D tlače. To podporí implementáciu a šírenie nových technológií v leteckom a kozmickom sektore.
Posilniť multidisciplinárnu spoluprácu v oblastiach vrátane materiálovej vedy, strojárstva a počítačovej vedy s cieľom spoločne riešiť fyzické obmedzenia a technologické prekážky kovovej 3D tlače pri navrhovaní komponentov kozmických lodí.
https://www.china-3dprinting.com/metal-3d-printing/metal-3d-printed-racing-parts.html