Ako 3D tlač hliníkových zliatin mení definíciu ľahkých leteckých dielov

Letectvo, UAV a satelitní inžinieri stále narážajú na rovnaký tvrdý limit: súčiastka musí byť ľahšia bez toho, aby sa oslabila. Bežná CNC práca začína s pevným polotovarom, väčšinu z neho odstráni ako šrot a stále nedokáže vytvoriť vnútornú geometriu, ktorá by skutočne rezala hmotu. Dodacia lehota sa predlžuje, náklady na materiál stúpajú a dizajn zostáva obmedzený tým, čo môže fréza dosiahnuť.3D tlač hliníkových zliatinmení tú rovnicu. Uložením materiálu len tam, kde je to potrebné, proces otvára slobodu dizajnu, ktorú subtraktívne metódy jednoducho neumožňujú.

Hmotnosť zostáva dominantným hnacím motorom výkonu. Verejné údaje od NASA a veľkých výrobcov lietadiel ukazujú, že každý kilogram odstránený z draku lietadla môže znížiť spotrebu paliva počas životnosti o merateľné množstvo a uvoľniť užitočné zaťaženie alebo dolet. Na elektrických UAV a malých satelitoch je účinok bezprostrednejší-nižšia hmotnosť priamo predlžuje výdrž alebo umožňuje ďalšie senzory.

Tradičné obrábanie často vytvára vysoké pomery{0}}k{1}}nákupu. Zložitá konzola môže začať ako veľký predvalok a skončiť pri zlomku tejto hmotnosti. Výroba aditív obracia pomer, pretože nepoužitý prášok je z veľkej časti obnoviteľný. Nakupuje sa menej materiálu, menej sa vyraďuje a geometria už nie je obmedzená prístupom k nástroju.

Zliatiny hliníka zostávajú praktické pre mnoho kovových 3D tlačených komponentov, pretože kombinujú nízku hustotu s použiteľnou pevnosťou, odolnosťou proti korózii a zvárateľnosťou. Pri spracovaní laserovým práškovým-tavením v lôžku AlSi10Mg vytvára husté časti, ktoré dobre reagujú na tepelné spracovanie.

AlSi10Mg je najbežnejšou voľbou pre služby 3D tlače z hliníkovej zliatiny. Po ošetrení roztokom a starnutím poskytuje ťahové vlastnosti konkurencieschopné s mnohými druhmi odlievania, pričom si zachováva hmotnostnú výhodu procesu takmer -čisté-. Rovnaké stroje, ktoré tlačia hliník, môžu prejsť na zliatiny titánu, keď je potrebná vyššia absolútna pevnosť alebo teplotná odolnosť, čo dáva inžinierom možnosti v rámci jedinej továrne na 3D tlač.

Pre dizajnérov je najdôležitejší pomer efektívnej pevnosti-k{1}}hmotnosti po použití topológie a vnútorných štruktúr. Samotný materiál je len časťou príbehu; o zvyšok sa postará možnosť umiestniť ho len pozdĺž záťažových dráh.

Tri prístupy konzistentne prinášajú najväčšie zníženie hmotnosti:

Optimalizácia topológie prerozdeľuje materiál pozdĺž dráh primárneho napätia a odstraňuje všetko ostatné. Výsledné tvary pôsobia organicky, no pri nižšej hmotnosti unesú požadovanú záťaž. Väčšina leteckých tímov teraz považuje 3D tlač na optimalizáciu topológie za štandardný počiatočný krok návrhu a nie za experimentálnu možnosť.

Mriežkové a voštinové štruktúry nahrádzajú pevné steny s riadenými vnútornými vzormi. Tuhosť sa dá vyladiť pri poklese hmoty. Aplikácie 3D tlače s mriežkovou štruktúrou v letectve a kozmonautike sa objavujú v konzolách, krytoch a výmenníkoch tepla, kde záleží na konštrukčnom aj tepelnom výkone.

Konsolidácia dielov premení viac{0}}dielne zostavy na jednotlivé tlačené komponenty. Upevňovacie prvky, tesnenia a sekundárne operácie zmiznú spolu s ich hmotnosťou a možnými miestami zlyhania. Čas montáže a zásoby sa zároveň zmenšujú.

Celkovo tieto metódy pravidelne prinášajú úsporu hmotnosti v rozsahu 20 – 40 % v porovnaní s pôvodnými obrábanými návrhmi, hoci presná hodnota vždy závisí od počiatočných obmedzení.

Dobre{0}}vytlačený a tepelne{1}spracovaný hliníkový diel je zriedkavo dokončený. Letecké a kozmické prostredie si stále vyžaduje lepšiu odolnosť proti opotrebeniu, elektrickú vodivosť, ochranu proti korózii alebo únavové vlastnosti, než-môže poskytnúť zastavaný povrch. Kovové pokovovanie pre 3D tlačené diely rieši tieto medzery.

Typické následné{0}}spracovanie začína uvoľnením napätia a starnutím, po ktorom nasleduje CNC obrábanie kritických rozhraní a tesniacich plôch. Potom nasleduje eloxovanie, chemické konverzné nátery, bezprúdový nikel alebo iné letecké -kvalitné povrchové úpravy. Presné poradie závisí od operačného prostredia a požiadaviek na certifikáciu.

Správne aplikovaný náter uzatvára zvyškovú pórovitosť povrchu, zvyšuje tvrdosť povrchu a vytvára bariéru proti vlhkosti a korozívnym médiám. Životnosť únavy sa často výrazne zlepší v porovnaní s neošetrenými povrchmi, čo je dôvod, prečo sú mnohé-kritickékovové 3D tlačené komponentypo obrábaní stále dostávajú pokovovanie.

Výrobca UAV priniesol Sunhingstones konštrukčnú konzolu, ktorá už bola optimalizovaná pre CNC, no stále nedosahovala cieľovú hmotnosť pri zaťažení vibráciami. Tím použil optimalizáciu topológie a vnútorné mriežky a potom vytlačil časť v AlSi10Mg. Po tepelnom spracovaní, opracovaní rozhrania a ochrannom pokovovaní bol hotový komponent o 27 % ľahší, pričom spĺňal všetky konštrukčné a environmentálne požiadavky. Čas od zmrazenia návrhu po prvý{5}}hardvér pripravený na let sa skrátil približne o 40 % v porovnaní s predchádzajúcou-viackusovou trasou. Ten istý výrobca kovovej 3D tlače neskôr podporil nízkoobjemovú{10} produkčnú sériu, čo ukazuje, že proces sa môže posunúť od prototypu k certifikovanému hardvéru, keď je zavedená sledovateľnosť materiálu a kontroly procesu.

Obchodné skupiny zamerané na povrchovú úpravu a leteckú výrobu, vrátane diskusií pod záštitou ESTA, zaznamenali, že aditívne procesy sa presúvajú z experimentálnych programov do výrobného využitia. Kombinácia topológie-optimalizovaných hliníkových dielov a vhodného dodatočného{2}}spracovania vrátane pokovovania sa opakovane uvádza ako praktická cesta k ľahšiemu letovému hardvéru. Toto uznanie odráža rastúcu dôveru v technológiu, keď sú systémy kvality správne aplikované.

Samotná cena je slabý filter. Užitočné kritériá zahŕňajú:

AS9100 alebo ekvivalentná certifikácia leteckej kvality

Úplná sledovateľnosť materiálu a prášku

Schopnosť riadeného následného{0}}spracovania (tepelné spracovanie, obrábanie, pokovovanie)

Osvedčené skúsenosti s hardvérom podobným letu alebo letu{0}}

Jasný dizajn-pre-dodatočné vedenie a primeranú realizáciu prototypu

Schopnosť prejsť od prototypu k malej{0}}k-strednej výrobe vrátane veľkoobchodnej dodávky pri zvýšení objemu

Továreň na kovovú 3D tlač, ktorá dokáže tieto body prediskutovať s konkrétnymi príkladmi, s väčšou pravdepodobnosťou dodá diely, ktoré vyhovujú inžinierskym aj časovým potrebám.

Ak porovnávate kovovú 3D tlač so súčasným ľahkým leteckým komponentom, praktickým ďalším krokom je zdieľať požiadavky na geometriu a výkon s kvalifikovaným výrobcom. Krátky prehľad návrhu zvyčajne odhalí, či optimalizácia topológie, mriežkové štruktúry alebo konsolidácia dielov prinesú užitočné zvýšenie hmotnosti a harmonogramu pre túto konkrétnu časť.