Kako 3D ispis aluminijskih legura redefinira lagane dijelove zrakoplova

Zrakoplovni, bespilotni i satelitski inženjeri stalno nailaze na isto teško ograničenje: dio mora postati lakši, a da ne oslabi. Konvencionalni CNC rad počinje s čvrstom gredicom, veći dio se uklanja kao otpad, a još uvijek se ne može stvoriti unutarnja geometrija koja bi zapravo rezala masu. Vrijeme isporuke rasteže se, troškovi materijala rastu, a dizajn ostaje ograničen onim što rezač može dosegnuti.3D printanje aluminijskih leguramijenja tu jednadžbu. Odlaganjem materijala samo tamo gdje je potrebno, proces otvara slobodu dizajna koju subtraktivne metode jednostavno ne dopuštaju.

Masa ostaje dominantan pokretač performansi. Javni podaci NASA-e i velikih proizvođača zrakoplova pokazuju da svaki kilogram uklonjen s okvira zrakoplova može smanjiti potrošnju goriva tijekom životnog vijeka za mjerljivu količinu i osloboditi nosivost ili dolet. Na električnim UAV-ovima i malim satelitima učinak je neposredniji-manja masa izravno produljuje izdržljivost ili omogućuje dodatne senzore.

Tradicionalna strojna obrada često daje visoke omjere kupnje-na-ulaz. Složeni nosač može započeti kao velika gredica i završiti s djelićem te težine. Aditivna proizvodnja preokreće omjer jer se neiskorišteni prah u velikoj mjeri može povratiti. Manje se materijala kupuje, manje se baca, a geometrija više nije ograničena pristupom alatu.

Aluminijske legure ostaju praktične za mnoge metalne 3D tiskane komponente jer kombiniraju nisku gustoću s korisnom čvrstoćom, otpornošću na koroziju i zavarljivošću. Kada se obrađuje fuzijom laserskog praha-, AlSi10Mg proizvodi guste dijelove koji dobro reagiraju na toplinsku obradu.

AlSi10Mg je najčešći izbor za usluge 3D ispisa aluminijske legure. Nakon obrade u otopini i starenja daje vlačna svojstva koja su konkurentna mnogim vrstama lijeva, zadržavajući prednost u težini gotovo{3}}neto-procesa oblikovanja. Isti strojevi koji tiskaju aluminij mogu se prebaciti na legure titana kada je potrebna veća apsolutna čvrstoća ili temperaturna otpornost, dajući inženjerima mogućnosti unutar jedne tvornice za 3D ispis metala.

Dizajnerima je najvažnije efektivni omjer čvrstoće-i-težine nakon primjene topologije i unutarnjih struktura. Sam materijal samo je dio priče; mogućnost postavljanja samo duž puta tereta čini ostalo.

Tri pristupa dosljedno daju najveća smanjenja mase:

Optimizacija topologije redistribuira materijal duž primarnih putanja naprezanja i uklanja sve ostalo. Dobiveni oblici izgledaju organski, ali nose potrebna opterećenja s manjom težinom. Većina zrakoplovnih timova sada tretira 3D ispis optimizacije topologije kao standardni rani korak dizajna, a ne eksperimentalnu opciju.

Rešetkaste i saćaste strukture zamjenjuju čvrste zidove s kontroliranim unutarnjim uzorcima. Krutost se može podešavati dok masa opada. Rešetkasta struktura Primjene 3D ispisa u zrakoplovstvu pojavljuju se u nosačima, kućištima i izmjenjivačima topline gdje su važne i strukturna i toplinska izvedba.

Konsolidacija dijelova pretvara više{0}}dijelne sklopove u pojedinačne tiskane komponente. Spojni elementi, brtve i sekundarne operacije nestaju, zajedno s njihovom težinom i mogućim točkama kvara. Vrijeme sklapanja i zalihe se smanjuju u isto vrijeme.

Uzete zajedno, ove metode redovito proizvode uštedu težine u rasponu od 20-40 % u usporedbi s izvornim strojno obrađenim dizajnom, iako točna brojka uvijek ovisi o početnim ograničenjima.

Dobro{0}}otisnut i toplinski-obrađen aluminijski dio rijetko je dovršen. Zrakoplovna okruženja i dalje zahtijevaju bolju otpornost na habanje, električnu vodljivost, zaštitu od korozije ili performanse od zamora nego -izgrađena površina. Metalna oplata za 3D tiskane dijelove rješava te nedostatke.

Uobičajena naknadna-obrada počinje smanjenjem naprezanja i starenjem, nakon čega slijedi CNC obrada kritičnih sučelja i brtvenih površina. Nakon toga dolaze eloksiranje, kemijski pretvorbeni premazi, neelektrični nikl ili drugi aerosvemirski{2}}završni slojevi. Točan slijed ovisi o radnom okruženju i zahtjevima za certifikaciju.

Pravilno nanesen premaz zatvara zaostalu površinsku poroznost, povećava površinsku tvrdoću i stvara barijeru protiv vlage i korozivnih medija. Dugotrajnost od zamora često se značajno poboljšava u usporedbi s netretiranim površinama, zbog čega su mnogi-kritičnimetalne 3D tiskane komponentei dalje dobivaju oplatu nakon strojne obrade.

Proizvođač bespilotnih letjelica donio je Sunhingstonesu strukturni nosač koji je već bio optimiziran za CNC, ali je ipak promašio ciljanu masu pod vibracijskim opterećenjima. Tim je primijenio optimizaciju topologije i unutarnje rešetke, a zatim je dio ispisao u AlSi10Mg. Nakon toplinske obrade, strojne obrade sučelja i zaštitnog presvlačenja, gotova komponenta postala je 27 % lakša, a istovremeno je ispunjavala sve strukturalne i ekološke zahtjeve. Vrijeme od zamrzavanja dizajna do prvog -hardvera spremnog za let skraćeno je za otprilike 40 % u usporedbi s prethodnom-komadnom rutom. Isti proizvođač metalnog 3D ispisa kasnije je podržao nizak{10}}serijski proizvodni ciklus, pokazujući da se proces može premjestiti s prototipa na certificirani hardver kada postoji sljedivost materijala i kontrola procesa.

Trgovačke skupine usmjerene na završnu obradu površina i proizvodnju zrakoplova, uključujući rasprave pod ESTA kišobranom, primijetile su da se aditivni procesi pomiču iz eksperimentalnih programa u proizvodnu upotrebu. Kombinacija topološki-optimiziranih aluminijskih dijelova i odgovarajuće naknadne-obrade, uključujući oplatu, opetovano se navodi kao praktičan put do lakšeg letačkog hardvera. To priznanje odražava rastuće povjerenje u tehnologiju kada se sustavi kvalitete ispravno primjenjuju.

Sama cijena je loš filter. Korisni kriteriji uključuju:

AS9100 ili ekvivalentna potvrda kvalitete u zrakoplovstvu

Potpuna sljedivost materijala i praha

Mogućnost kontrolirane naknadne{0}}obrade (toplinska obrada, strojna obrada, oplata)

Dokazano iskustvo s hardverom sličnim-letenju

Jasan dizajn-za-aditivne smjernice i razuman preokret prototipa

Mogućnost prelaska s prototipa na malu-do-srednju proizvodnju, uključujući veleprodajnu opskrbu kada se količine povećaju

Tvornica za 3D ispis metala koja može raspravljati o ovim točkama s konkretnim primjerima vjerojatnije će isporučiti dijelove koji zadovoljavaju i inženjerske i planske potrebe.

Ako mjerite metalni 3D ispis u odnosu na trenutnu laganu zrakoplovno-svemirsku komponentu, praktičan sljedeći korak je podijeliti zahtjeve za geometrijom i performansama s kvalificiranim proizvođačem. Kratak pregled dizajna obično otkriva hoće li optimizacija topologije, rešetkaste strukture ili konsolidacija dijelova dati korisne dobitke na težini i rasporedu za taj određeni dio.