Zrakoplovne tvrtke okreću se metalne 3D tiskane komponentejer tradicionalna proizvodnja još uvijek stvara kašnjenja koja se mogu izbjeći, visoke troškove alata i geometrijska ograničenja koja tjeraju na kompromise dizajna. Aditivni procesi skraćuju vrijeme isporuke na malim-volumenskim i složenim dijelovima, vraćaju slobodu dizajna za unutarnje kanale i lagane strukture i isporučuju mehaničku izvedbu koja ispunjava mnoge sekundarne strukturne zahtjeve kada se pravilno naknadno-obrade i certificiraju. Aluminijske legure kao što su AlSi10Mg i Scalmalloy, zajedno s opcijama za titan, sada podržavaju stvarnu proizvodnu upotrebu pod sustavima kvalitete razine AS9100-, dok oplata i površinski tretmani rješavaju potrebe za korozijom i izdržljivošću. Sljedeći odjeljci ispituju praktične probleme s konvencionalnim metodama, snagu i pouzdanost aditivno proizvedenih dijelova, stvarnost naknadne obrade i sve veće prihvaćanje ovog pristupa u zrakoplovnim programima.
Tradicionalna proizvodnja još uvijek stvara trvenja koja se mogu izbjeći
Vrijeme isporuke ostaje najvidljivija bolna točka. Matrice za kovanje, kalupi-za livenje po ulaganju i složeni CNC uređaji rutinski dodaju nekoliko tjedana prije nego što se metal uopće izreže. Mali-obim rada nosi visoke troškove postavljanja i gubitak materijala; legure titana i nikla često pokazuju omjere kupovine-na-proizvodnje znatno iznad 10:1. Prototipovi koji bi trebali trajati danima protežu se u više tjedana, a proizvodne količine u desecima ili malim stotinama rijetko opravdavaju ulaganje u alate.
Geometrija stvara drugo, tiše ograničenje. Duboki unutarnji prolazi, konformno hlađenje i rešetkaste strukture ili zahtijevaju višestruke postavke ili se jednostavno ne mogu ekonomično obraditi. Inženjeri pojednostavljuju, dodaju težinu ili dijele dio na sklopove. Nijedan od tih kompromisa nije u skladu s ciljevima smanjenja težine i-broja koji definiraju moderne programe zrakoplova. Metalni 3D ispis zrakoplovnih dijelova uklanja mnoga od ovih ograničenja izgradnjom geometrije izravno iz praha.
Aluminijske legure i pomak prema aditivima
Aluminij još uvijek dominira mnogim sekundarnim strukturama i primjenama bez-vrućih-sekcija. Praškasta-fuzija AlSi10Mg i-legura viših performansi kao što je Scalmalloy sada proizvodi gusti materijal koji, nakon odgovarajuće toplinske obrade, podržava stvarnu konstrukcijsku upotrebu.
Najneposrednija korist je težina. Optimizacija topologije u kombinaciji s unutarnjim rešetkama obično daje 20-35 posto smanjenja mase uz postizanje ciljeva krutosti. Timovi koji rade s iskusnim proizvođač 3D ispisa od aluminijske leguretakođer može odlučiti kada dodatna čvrstoća i učinak zamora Scalmalloya opravdavaju njegovu višu cijenu u odnosu na ekonomičniji AlSi10Mg.
Tipična toplinski{0}}obrađena svojstva (ovisno o orijentaciji i procesu):
|
Vlasništvo |
AlSi10Mg (LPBF) |
Scalmalloy (LPBF) |
6061-T6 (CNC) |
A356-T6 (lijevani) |
|
Gustoća (g/cm³) |
~2.67 |
~2.68 |
2.70 |
2.67 |
|
Krajnja vlačna čvrstoća (MPa) |
330–450 |
490–540 |
290–310 |
260–290 |
|
Napon razvlačenja (MPa) |
230–330 |
450–500 |
240–275 |
185–205 |
|
Istezanje (%) |
6–15 |
8–15 |
10–17 |
3–6 |
Ove brojke korisne su samo za rani pregled. Konačne dopuštene vrijednosti uvijek dolaze iz-specifičnog testiranja procesa i kupona svjedoka.
Legure titana, posebno Ti-6Al-4V, slijede sličnu logiku za aplikacije s većim opterećenjem ili višom temperaturom. 3D tiskani dijelovi zrakoplova od titana već lete u nosačima, priključcima i određenim strukturnim elementima gdje kombinacija čvrstoće, otpornosti na koroziju i slobode dizajna nadmašuje višu cijenu materijala.
Koliko su čvrsti 3D-ispisani metalni dijelovi u praksi?
Pitanje "je li 3D tiskani metal jednako jak kao strojno obrađeni metal" nema jednoznačan odgovor. Za mnoge primjene-statičkog opterećenja, vlačna čvrstoća i čvrstoća tečenja ispravno obrađenih LPBF dijelova odgovaraju ili premašuju one usporedivih lijevanih legura. Brzo skrućivanje proizvodi fine mikrostrukture koje doprinose ovoj izvedbi. Usporedba s kovanim CNC materijalom je bliža: statička čvrstoća je često konkurentna, dok vijek trajanja uvelike ovisi o stanju površine, zaostaloj poroznosti i orijentaciji građe.
U praksi, vruće izostatično prešanje,-otklanjanje naprezanja ili toplinska obrada otopinom i strojna obrada kritičnih površina donose mnoge sekundarne strukturne komponente i-komponente za rukovanje tekućinama u okviru dopuštenih zrakoplovno-kosmičkih mogućnosti. Primarni let-kritični dijelovi i dalje zahtijevaju punu kvalifikaciju procesa, ali tehnički put je sada jasniji nego što je bio prije pet godina. Metalni 3D ispis u usporedbi s CNC strojnom obradom, zrakoplovne i svemirske odluke stoga se manje okreću apsolutnoj snazi, a više složenosti geometrije, volumenu i ukupnom vremenu isporuke.
Sustavi kvalitete zatvaraju krug. Dobavljači koji rade prema AS9100 ili EN 9100 održavaju sljedivost praha, praćenje u-procesu i podatke o mehaničkom ispitivanju sa svakom serijom. Ta je dokumentacija ono što OEM-ima i Tier-1 dobavljačima omogućuje da prihvate aditivno proizvedene dijelove u kontrolirane opskrbne lance.
Površinska zaštita i post{0}}obrada Stvarnost
Budući da su-površine napravljene od-procesa sloja praha hrapavije od strojno obrađenih i mogu zadržati zaostalo naprezanje ili manju poroznost. Naknadna-obrada za metalne 3D-ispisane dijelove stoga nije izborna. Tipične sekvence uključuju uklanjanje nosača, toplinsku obradu, HIP gdje je zamor ili cjelovitost pritiska bitan, selektivnu CNC obradu sučelja i zaštitne premaze.
Za aluminijske komponente o otpornosti na koroziju nema-pregovaranja. Vlaga, tekućine za odmrzavanje i galvanski parovi zahtijevaju eloksiranje, pretvorbene premaze ili specijalizirane galvanizacije. Kada se ovi koraci planiraju od početka, a ne dodaju naknadno, točnost dimenzija i dugoročna-trajnost ostaju pod kontrolom.
Reprezentativni projekt: složeni aluminijski nosači
Dobavljač Tier-2 koji je proizvodio sekundarne strukturne nosače za komercijalne zrakoplove suočio se s unutarnjim prolazima tekućine i rešetkastim jezgrama koje su zahtijevale ili teške strojne materijale ili više{3}}dijelne sklopove. Konvencionalne cijene padale su u rasponu od deset-do-dvanaest tjedana s troškovima alata koje je bilo teško amortizirati u ograničenoj količini.
Dizajn je prilagođen aditivnoj proizvodnji, tiskan u AlSi10Mg, toplinski-obrađen i završno-obrađen na kritičnim sučeljima. Pregledani dijelovi stigli su za manje od četiri tjedna. Vrijeme isporuke smanjeno je za više od pola. Smanjenje mase kroz optimizaciju topologije dosegnulo je raspon od srednjih 20 posto. Ukidanje alata održalo je jediničnu cijenu izvodljivom za malu seriju. Ista digitalna datoteka sada služi kao digitalni inventar za buduće rezervne dijelove.
Rezultati ove vrste sve su češći kada proizvođač već razumije zahtjeve zrakoplovne dokumentacije i praktična ograničenja naknadne-obrade. Rezultati i dalje variraju s veličinom dijela, šaržom praha i korištenjem stroja, tako da su rani pregledi procesa i dalje bitni.
Rastuće prihvaćanje industrije
Proizvođači originalne opreme u zrakoplovstvu, regulatori i industrijske grupe stalno su širili okvire kvalifikacija za aditivnu proizvodnju. Sve veći broj dobavljača posjeduje certifikate AS9100 ili EN 9100 koji posebno pokrivaju procese dodavanja metala. Mlaznice za gorivo, nosači, izmjenjivači topline i odabrani strukturalni priključci već su u upotrebi. Ta operativna povijest, u kombinaciji s jasnijim putovima certificiranja, nastavlja snižavati barijeru za nove programe koji procjenjuju metalne 3D tiskane komponente.
FAQ
P: Je li metalni 3D ispis dovoljno jak za dijelove zrakoplova?
O: Mnoge sekundarne strukture i ne-kritične komponente već zadovoljavaju potrebne statike i dopuštene zamore kada se proces kontrolira i naknadno -obradi ispravno. Primarne-kritične aplikacije još uvijek trebaju potpunu kvalifikaciju procesa i razvoj dopuštenih materijala, ali put je uspostavljen i širi se.
P: Koji se metali najviše koriste u proizvodnji aditiva za zrakoplove?
O: Aluminijske legure (AlSi10Mg i Scalmalloy), titan Ti-6Al-4V, legure nikla kao što je Inconel 718, nehrđajući čelici i kobalt-krom pokrivaju većinu trenutnog rada. Temperatura, čvrstoća, težina i zahtjevi za koroziju određuju konačni izbor.
P: Koliko se vremena može uštedjeti u usporedbi s CNC strojnom obradom?
O: Proizvodnja prototipa i male{0}}serije često imaju smanjenja od 50 posto ili više, uglavnom zato što alati nestaju, a složene značajke mogu se proizvesti u jednoj izradi. Stvarne uštede ovise o veličini dijela, materijalu, trenutnom opterećenju trgovine i količini potrebne naknadne-obrade.
P: Mogu li 3D-ispisani metalni dijelovi dosegnuti-kritičnu certifikaciju za let?
O: Mogu, pod uvjetom da su proces i prijava kvalificirani. Certifikacija ostaje specifična za aplikaciju- i proces-. Proizvođači koji već rade pod AS9100 i opskrbljuju kupce iz zrakoplovne industrije obično su u najboljem položaju za generiranje potrebne kontrole procesa, testiranja i paketa dokumentacije.
Ako vrijeme isporuke, trošak alata ili geometrijska ograničenja ograničavaju trenutni program, fokusirani pregled dijelova kandidata u odnosu na dodatne mogućnosti često je najbrži način za kvantificiranje prilike. Aproizvođač metalnih 3D ispisas iskustvom u lakim zrakoplovnim komponentama i punom zrakoplovnom dokumentacijom obično može dati jasnu-procjenu vremena, cijene i kvalifikacije u roku od nekoliko dana od primitka modela i zahtjeva.