Aerospace fyrirtæki eru að snúa sér til þrívíddarprentaðir íhlutir úr málmiVegna þess að hefðbundin framleiðsla skapar enn óhjákvæmilegar tafir, háan verkfærakostnað og rúmfræðileg mörk sem knýja fram málamiðlanir í hönnun. Aukaferli draga úr afgreiðslutíma á litlu-magni og flóknum hlutum, endurheimta hönnunarfrelsi fyrir innri rásir og léttar mannvirki og skila vélrænni frammistöðu sem uppfyllir margar aukabyggingarkröfur þegar þeir eru rétt-meðhöndlaðir og vottaðir. Álblöndur eins og AlSi10Mg og Scalmalloy, ásamt títanvalkostum, styðja nú raunverulega framleiðslunotkun samkvæmt AS9100-gæðakerfum, en málun og yfirborðsmeðferðir takast á við tæringar- og endingarþarfir. Eftirfarandi hlutar skoða hagnýt vandamál með hefðbundnum aðferðum, styrk og áreiðanleika aukaframleiddra hluta, raunveruleika eftir vinnslu og vaxandi viðurkenningu á þessari nálgun í geimferðaáætlunum.
Hefðbundin framleiðsla skapar samt formijanlegan núning
Leiðslutími er enn sýnilegasti sársauki. Smíðamót, fjárfestingar-steypumót og flóknar CNC innréttingar bætast reglulega við vikum áður en málmur er jafnvel skorinn. Lítið-magn keyrslur bera síðan mikinn uppsetningarkostnað og efnisúrgang; títan og nikkel málmblöndur sýna oft kaup-til-flugu hlutfalls vel yfir 10:1. Frumgerðir sem ættu að taka daga teygja sig yfir í margar vikur og framleiðslumagn í tugum eða lágum hundruðum réttlætir sjaldan verkfærafjárfestinguna.
Rúmfræði skapar aðra, rólegri þvingun. Djúpar innri göngur, samræmd kæling og grindarbyggingar þurfa annaðhvort margar uppsetningar eða einfaldlega er ekki hægt að vinna það á hagkvæman hátt. Verkfræðingar einfalda, bæta við þyngd eða skipta hlutanum í samsetningar. Engin þessara málamiðlana samræmist markmiðum um léttvægi og-minnkun hluta sem skilgreina nútíma flugvélaáætlanir. Málm þrívíddarprentun loftrýmishluta fjarlægir mörg af þessum takmörkunum með því að byggja rúmfræðina beint úr dufti.
Álblöndur og Shift Toward Additive
Ál er enn ríkjandi í mörgum aukabyggingum og forritum sem ekki eru -heitir-hlutar. Duft-beðsamruni AlSi10Mg og há-blendi eins og Scalmalloy framleiðir nú þétt efni sem, eftir viðeigandi hitameðferð, styður raunverulega byggingarnotkun.
Mesti ávinningurinn er þyngd. Fínstilling á svæðisfræði ásamt innri grindum skilar venjulega 20–35 prósenta massaminnkun á meðan stífleikamarkmiðum er náð. Teymi sem vinna með reyndum framleiðandi þrívíddarprentunar úr áligetur einnig ákveðið hvenær auka styrkur og þreytuárangur Scalmalloy réttlætir hærri kostnað en hagkvæmara AlSi10Mg.
Dæmigert hitameðhöndlaðir-eiginleikar (háð stefnu og ferli):
|
Eign |
AlSi10Mg (LPBF) |
Scalmalloy (LPBF) |
6061-T6 (CNC) |
A356-T6 (Cast) |
|
Þéttleiki (g/cm³) |
~2.67 |
~2.68 |
2.70 |
2.67 |
|
Endanlegur togstyrkur (MPa) |
330–450 |
490–540 |
290–310 |
260–290 |
|
Afrakstursstyrkur (MPa) |
230–330 |
450–500 |
240–275 |
185–205 |
|
Lenging (%) |
6–15 |
8–15 |
10–17 |
3–6 |
Þessar tölur eru aðeins gagnlegar fyrir snemmskoðun. Lokaheimildir koma alltaf frá ferli-tilteknum prófunum og vitnismiðum.
Títan málmblöndur, sérstaklega Ti-6Al-4V, fylgja svipaðri rökfræði fyrir notkun með hærra hleðslu eða hærra hitastig. 3D prentaðir títaníum flugvélahlutar fljúga nú þegar í sviga, festingar og ákveðna burðarþætti þar sem samsetning styrkleika, tæringarþols og hönnunarfrelsis vegur þyngra en hærri efniskostnaður.
Hversu sterkir eru þrívíddar-prentaðir málmhlutar í reynd?
Spurningin „er 3D prentaður málmur jafn sterkur og vélaður málmur“ hefur ekki eitt svar. Fyrir mörg kyrrstöðu-álag passa tog- og flæðistyrkur á rétt unnum LPBF-hlutum saman við eða er meiri en sambærilegra steyptra málmblöndur. Hröð storknun framleiðir fína örbyggingu sem stuðlar að þessari frammistöðu. Á móti unnu CNC efni er samanburðurinn nær: kyrrstöðustyrkur er oft samkeppnishæfur, á meðan þreytulífið veltur að miklu leyti á yfirborðsástandi, leifum gropleika og byggingarstefnu.
Í reynd færir heit jafnstöðupressun, streitu-aflétting eða lausnarhitameðferð og vinnsla á mikilvægum flötum marga aukahluta byggingar- og vökva-meðhöndlunar innan leyfilegra loftferða. Aðalflug-mikilvægir hlutar krefjast enn fullrar hæfisferlis, en tæknilega leiðin er nú skýrari en hún var fyrir fimm árum. Málmþrívíddarprentun á móti CNC vinnslu í geimferðaákvörðunum snúast því minna um algeran styrk og meira á rúmfræðiflókið, rúmmál og heildarleiðtíma.
Gæðakerfi loka lykkjunni. Birgjar sem starfa samkvæmt AS9100 eða EN 9100 viðhalda rekjanleika dufts, í-ferliseftirliti og vélrænni prófunargögnum með hverri lotu. Þessi skjöl eru það sem gerir OEM og Tier-1 birgjum kleift að samþykkja aukahluti í stýrðar aðfangakeðjur.
Yfirborðsvernd og póst-vinnsluveruleiki
Þar sem-byggðir fletir úr dufti-beðsferlum eru grófari en vélknúin og geta haldið eftir álagi eða minniháttar gljúpu. Eftir-vinnsla fyrir málm 3D-prentaða hluta er því ekki valfrjáls. Dæmigert röð felur í sér fjarlægingu stuðnings, hitameðhöndlun, HIP þar sem þreyta eða þrýstingsheildleiki skiptir máli, sértæk CNC vinnsla á tengi og hlífðarhúð.
Fyrir álhluta er tæringarþol ekki-viðræðuhæft. Raki, -ísingarvökvar og galvanísk pör krefjast anodizing, umbreytingarhúðun eða sérhæfða húðun. Þegar þessi skref eru skipulögð frá upphafi frekar en bætt við sem eftiráhugsun, halda víddarnákvæmni og langtíma-ending í skefjum.
Fulltrúaverkefni: flóknar álfestingar
Tier-2 birgir sem framleiðir auka burðarfestingar fyrir atvinnuflugvélar sem snúa að innri vökvagöngum og grindkjörnum sem þvinguðu annað hvort þungan vinnslubúnað eða fjöl-samsetningar. Hefðbundin tilboð lentu á tíu-til-tólf vikna bilinu með verkfærakostnaði sem erfitt var að afskrifa yfir takmarkað magn.
Hönnunin var aðlöguð fyrir aukefnaframleiðslu, prentuð í AlSi10Mg, hita-meðhöndluð og frágang-meðhöndluð á mikilvægum viðmótum. Skoðaðir hlutar komu á tæpum fjórum vikum. Afgreiðslutími lækkaði um meira en helming. Massamækkun með fínstillingu svæðisfræðinnar lenti á miðjum 20 prósenta bilinu. Útrýming verkfæra hélt einingakostnaði framkvæmanlegum fyrir litla lotuna. Sama stafræna skráin þjónar nú sem stafræn birgðahald fyrir varahluti í framtíðinni.
Niðurstöður af þessu tagi eru sífellt algengari þegar framleiðandinn skilur nú þegar kröfur um geimgagnaskjöl og hagnýt takmörk eftir-vinnslu. Niðurstöður eru enn breytilegar eftir hlutastærð, duftlotu og vélanotkun, þannig að endurskoðun ferla er nauðsynleg.
Vaxandi viðurkenning iðnaðarins
Aerospace OEMs, eftirlitsaðilar og iðnaðarhópar hafa stöðugt stækkað hæfisramma fyrir aukefnaframleiðslu. Vaxandi fjöldi birgja er með AS9100 eða EN 9100 vottun sem nær sérstaklega yfir málmaaukningarferli. Eldsneytisstútar, festingar, varmaskiptar og valdar burðarvirki eru þegar í notkun. Sú rekstrarsaga, ásamt skýrari vottunarleiðum, heldur áfram að lækka hindrunina fyrir ný forrit sem meta þrívíddarprentaða íhluti úr málmi.
Algengar spurningar
Sp.: Er þrívíddarprentun úr málmi nógu sterk fyrir flugvélahluti?
Svar: Mörg aukabyggingar og ó-mikilvægar íhlutir uppfylla nú þegar tilskildar stöður og þreytuleyfi þegar ferlið er stjórnað og eftir-meðunnið á réttan hátt. Aðalflugs-mikilvæg forrit þurfa enn fulla ferlahæfileika og efnislega þróun, en leiðin er komin á fót og stækkar.
Sp.: Hvaða málmar eru mest notaðir í framleiðslu aukefna í geimferðum?
A: Ál málmblöndur (AlSi10Mg og Scalmalloy), títan Ti-6Al-4V, nikkel málmblöndur eins og Inconel 718, ryðfrítt stál og kóbalt-króm ná yfir meirihluta núverandi vinnu. Kröfur um hitastig, styrkleika, þyngd og tæringu stýra endanlegu vali.
Sp.: Hversu mikinn leiðslutíma er hægt að spara samanborið við CNC vinnslu?
A: Frumgerð og lítil-framleiðsla minnkar oft um 50 prósent eða meira, aðallega vegna þess að verkfæri hverfa og hægt er að framleiða flókna eiginleika í einni byggingu. Raunverulegur sparnaður er háður hlutastærð, efni, núverandi hleðslu í verslun og hversu mikið þarf eftir -vinnslu.
Sp.: Geta þrívíddar-prentaðir málmhlutar náð flug-mikilvægri vottun?
A: Þeir geta það, að því tilskildu að ferlið og umsóknin séu hæf. Vottun er áfram bæði umsóknar- og ferli-sértæk. Framleiðendur sem starfa nú þegar undir AS9100 og veita viðskiptavinum geimferðaþjónustu eru venjulega best í stakk búnir til að búa til nauðsynlega ferlistýringu, prófun og skjalapakka.
Ef afhendingartími, verkfærakostnaður eða rúmfræðileg mörk takmarka núverandi áætlun, er einbeitt endurskoðun á umsækjendum hlutum í samanburði við aukefnisgetu oft fljótlegasta leiðin til að mæla tækifærið. Aframleiðandi þrívíddarprentunar úr málmimeð reynslu af léttum geimíhlutum og fullum geimgagnaskjölum getur venjulega skilað skýru-tíma, kostnaði og hæfnismati innan nokkurra daga frá móttöku líkansins og kröfunnar.