Komplexné letecké diely s vnútornými kanálmi, mriežkovými štruktúrami a topológiou{0}}optimalizovanou geometriou často posúvajú tradičné CNC obrábanie na svoje limity - veľké množstvo materiálu, viacnásobné nastavenia, dlhé dodacie lehoty a návrhy, ktoré sú buď ohrozené, alebo sú neúmerne drahé. Táto príručka vysvetľuje prečo 3D tlač hliníkových zliatinprostredníctvom selektívneho laserového tavenia (SLM) sa stalo praktickým riešením na výrobu kovových 3D tlačených komponentov v týchto situáciách. Zaoberá sa skutočnými obmedzeniami konvenčného obrábania, ako funguje SLM a konštrukčnou voľnosťou, ktorú umožňuje, prečo AlSi10Mg vedie v leteckých aplikáciách, typické mechanické vlastnosti, príklad zo skutočného-sveta, jasné porovnania nákladov a dodacej doby a špecifické podmienky, za ktorých kovová 3D tlač prekonáva CNC.
Hranice tradičného obrábania na zložitých geometriách
CNC zostáva vynikajúce pre mnohé diely. Na veľmi zložitých geometriách letectva sú však zrejmé nevýhody:
Prístup k nástroju obmedzuje vnútorné funkcie. Hlboké kanály alebo uzavreté mriežky zvyčajne nútia časť rozdeliť a neskôr zostaviť.
Bežné sú pomery-k{1}}preletu 10:1 až 20:1. V praxi to často znamená, že 85 – 95 % polotovaru sa premení na triesky.
Viacnásobné nastavenia zvyšujú náklady aj riziko{0}}hromadenia tolerancie.
Dodacia lehota sa predlžuje, keď sa hromadia operácie programovania, upínania a sekvenčných operácií.
Keď samotná geometria bojuje s procesom, projekt sa buď prepracuje okolo výrobných limitov, alebo sa zbytočne predraží.
Ako vlastne funguje prototypovanie SLM 3D tlače
Selektívne laserové tavenie vytvára časť vrstvu po vrstve z kovového prášku. Vysokovýkonný-laser úplne roztaví prášok podľa narezaných údajov CAD. Nepoužitý prášok sa získava späť, a preto je materiálové využitie oveľa vyššie ako pri subtraktívnej metóde.
Praktické výhody sa rýchlo prejavia:
Vnútorné chladiace alebo kvapalinové kanály môžu byť umiestnené presne tam, kde si to výkon vyžaduje.
Pevné časti môžu byť nahradené mriežkovými alebo gyroidnými štruktúrami, ktoré zachovávajú tuhosť pri rezaní hmoty.
Zostavy môžu byť často spojené do jedného kusu, pričom sa odstránia upevňovacie prvky a potenciálne únikové cesty.
To sú dôvody, prečo inžinieri stále častejšie hľadajú skúsenýchPrototypovanie 3D tlače SLMtováreň, keď je geometria dielu hlavným obmedzením.
Prečo hliníkové zliatiny dominujú v leteckej 3D tlači
AlSi10Mg zostáva ťažnou zliatinou pre väčšinu leteckých aplikácií 3D tlače hliníkových zliatin. Ponúka silnú kombináciu pomeru pevnosti-k{4}}hmotnosti, tepelnej vodivosti a možnosti tlače.
Typické mechanické vlastnosti SLM AlSi10Mg
|
Nehnuteľnosť |
Typický rozsah (ako-postavený / tepelne{1}spracovaný) |
Praktické poznámky |
|
Hustota |
>99.5% |
Takmer{0}}úplná hustota je rutina s optimalizovanými parametrami |
|
Konečná pevnosť v ťahu |
350–450 MPa |
Veľmi závisí od tepelného spracovania |
|
Medza klzu |
200 – 300 MPa |
- |
|
Predĺženie |
5–12% |
Zlepšuje sa správnou liečbou T6 |
|
Približný limit únavy |
70 – 110 MPa (v-konštrukcii) |
Výrazne sa zlepšuje úpravou povrchu a HIP |
|
Tepelná vodivosť |
Vysoká |
Užitočné pre výmenníky tepla a časti tepelného manažmentu |
Únavový výkon je dostatočný pre mnohé sekundárne štruktúry a zátvorky, keď sa procesné riadenie a následné{0}}spracovanie vykonáva správne. Certifikačné rámce od NASA, EASA a priemyselných združení naďalej dozrievajú, čo dáva kvalifikovaným výrobcom jasnejšiu cestu pre použitie v letectve.
Príklad prípadu: Kovové 3D tlačené komponenty dodané spoločnosťou Sunhingstones
Nedávny zákazník v oblasti letectva k nám prišiel s konštrukčným hliníkovým komponentom, ktorý obsahoval vnútorné prvky mriežky a konformné kanály. Tradičné ceny obrábania vykazovali dlhé dodacie lehoty a vysoký odpad materiálu. Konštrukcia by si vyžadovala viacero nastavení a stále by znamenala riziko šrotu.
Diel sme vyrobili z AlSi10Mg pomocou SLM. Výsledky:
Jedna{0}}výroba v blízkosti-čistej{2}}tvarovej výroby namiesto viacnásobného{3}}obrábania
Dodacia lehota skrátená z odhadovaných 7 – 9 týždňov (CNC cesta) na približne 2,5 týždňa vrátane post-spracovania a kontroly
Znateľné zníženie hmotnosti vďaka mriežkovému dizajnu, ktorý by bol nepraktický pri obrábaní
Vysoká výťažnosť pri prvom{0}}prechode po štandardnom tepelnom spracovaní a konečnej úprave
Zákazník prešiel od diskusií o redizajne k funkčnému hardvéru bez toho, aby si vynútil zásadné kompromisy v pôvodnej geometrii. Toto je praktický výsledok, ktorý väčšina tímov hľadá, keď hľadajú spoľahlivéhoKovové 3D tlačené komponentyvýrobcu.
Kedy má 3D tlač zmysel (a kedy nie)
Kovová 3D tlač nie je automaticky lepšia ani lacnejšia. Najlepšie funguje za špecifických podmienok. Nižšie uvedené porovnanie odráža typické výsledky, ktoré vidíme na zložitých geometriách letectva:
CNC vs SLM pre komplexné letecké diely
|
Faktor |
Tradičné CNC |
SLM (AlSi10Mg) |
Praktická výhoda |
|
Materiálový odpad |
Často 10:1 – 20:1 |
Typicky 1,1:1 – 1,5:1 |
SLM |
|
Sloboda dizajnu |
Obmedzené prístupom k nástroju |
Vysoká (mriežky, vnútorné kanály, konsolidácia dielov) |
SLM |
|
Dodacia lehota prototypu |
4 – 12+ týždňov |
1–3 týždne |
SLM |
|
Citlivosť na náklady |
Materiál + čas obrábania + upevnenie |
Strojový čas + prášok + dodatočné{2}}spracovanie |
Závisí od geometrie |
|
Povrchová úprava |
Vynikajúce ako-obrobené |
Vyžaduje konečnú úpravu pre kritické povrchy |
CNC |
|
Najlepšie fit |
Stredný až vysoký objem, jednoduchšie tvary |
Komplexná geometria, nízky až stredný objem |
Závisí- od kontextu |
Jednoduché prizmatické časti vo vyšších objemoch stále uprednostňujú CNC. Hybridné prístupy - tlač takmer{2}}sieťového tvaru a dokončovacie{3}}opracovanie iba kritických povrchov - často poskytujú najlepší celkový výsledok.
FAQ
Otázka: Je 3D tlačený hliník dostatočne pevný pre letecké diely?
Odpoveď: Pre mnohé sekundárne konštrukcie, konzoly, kryty a výmenníky tepla áno -, keď je proces riadený a následné-spracovanie je vhodné. Primárne kritické štruktúry vyžadujú úplné kvalifikačné údaje.
Otázka: Aký je rozdiel medzi SLM a inými metódami kovovej 3D tlače?
Odpoveď: SLM úplne roztaví prášok a vytvorí husté časti vhodné na štrukturálne použitie. Iné procesy, ako je tryskanie spojiva alebo usmernené nanášanie energie, slúžia rôznym potrebám, pokiaľ ide o veľkosť, cenu alebo opravu.
Otázka: Aké sú náklady na prototypovanie 3D tlače SLM v porovnaní s CNC?
Odpoveď: Na zložitých geometriách s vysokými pomermi{0}}k{1}}letu je SLM často konkurencieschopné alebo nižšie, ak sa zohľadní plytvanie materiálom a viaceré nastavenia. Na jednoduchých dieloch zvyčajne vyhráva CNC.
Otázka: Môžu byť 3D tlačené hliníkové diely certifikované na použitie v letectve?
Odpoveď: Áno, za predpokladu, že výrobca zachováva vysledovateľnosť materiálu, riadenie procesu a dodržiava stanovené kvalifikačné postupy.
Otázka: Koho by ste mali hľadať ako výrobcu kovových 3D tlačených komponentov?
Odpoveď: Skúsenosti s leteckými-zliatinami hliníka, zdokumentovanými systémami kvality, -vnútropodnikovým-spracovaním a kontrolou a záznamy o dodávke funkčných dielov podľa plánu.
Ak máte zložitý diel, ktorý spôsobuje problémy súčasným dodávateľom, pošlite výkres. Poskytneme vám priame posúdenie toho, či je hliník SLM lepšou cestou -, pokiaľ ide o vyrobiteľnosť, očakávané vlastnosti, dodaciu dobu a náklady - bez zbytočného optimizmu.
Sunhingstones sa zameriava na kovové 3D tlačené komponenty pre letectvo a iné náročné aplikácie. Kontaktujte nás, keď je hlavným obmedzením samotná geometria.