Поскольку авиационная отрасль является высокотехнологичной отраслью, характеристики металлических компонентов в основном определяют производительность оборудования премиум-класса. По мере разработки новых авиационных двигателей, больших самолетов, ракет-носителей нового поколения и другой аэрокосмической продукции, а также новых материалов меняются и потребности производственных технологий. В этом отношении 3D-печать металлами, особенно 3D-печать алюминиевых сплавов, коренным образом изменила аэрокосмический сектор.
1 Применение алюминиевых сплавов в аэрокосмической отрасли: предыстория
Благодаря своей большой удельной прочности, то есть высокому соотношению прочности и веса, отличным термическим качествам, то есть низкому поглощению тепла, и коррозионной стойкости, алюминиевые сплавы широко применяются в аэрокосмической отрасли. Из-за высокой технической сложности, широких возможностей обработки материалов, низкого коэффициента использования, длительных производственных циклов и высоких затрат традиционные производственные процедуры, включающие литье, ковку, сварку и механическую обработку, могут потребоваться для тяжелого оборудования и огромных форм. Основываясь на данных 3D-модели, технология 3D-печати металлом укладывает материалы слой за слоем в зависимости от лазера, электронного луча или дуги в качестве источников тепла, быстро завершая прямое формирование высокопроизводительных массивных сложных металлических компонентов. Это низкоуглеродная, экологически чистая технология производства.
2 Основные характеристики металлического алюминиевого сплава, напечатанного на 3D-принтере
Алюминиевый сплав является идеальным материалом для достижения легкости в аэрокосмической отрасли, поскольку его плотность составляет примерно треть плотности стали и половину плотности титана. Конструкция компонентов может быть дополнительно улучшена для снижения веса при сохранении прочности с помощью технологий 3D-печати.
Высокая прочность и ударная вязкость: прочность алюминиевого сплава, тем не менее, достаточна, чтобы удовлетворить критериям прочности материала в аэрокосмической отрасли, даже несмотря на то, что соотношение прочности и веса у него ниже, чем у титана. Например, благодаря термообработке высокопроизводительные алюминиевые сплавы, такие как Al6061 и Al7075, могут достичь действительно высокой прочности.
Алюминиевые сплавы имеют высокую теплопроводность и устойчивость к коррозии, что важно для использования в теплообменниках и компонентах двигателей в аэрокосмической отрасли. При производстве деталей сложной геометрической формы (например, с тонкими и прочными стенками) технология D-печати-3 помогает еще больше повысить тепловые характеристики и устойчивость к коррозии.
Технология 3D-печати дает инженерам значительную свободу проектирования для создания алюминиевых деталей сложной геометрии (включая решетки и внутренние каналы) для максимизации производительности и веса производственных деталей. При использовании традиционных производственных процессов такого уровня свободы проектирования достичь сложно.
Технология 3D-печати металлом может ускорить процесс разработки детали за счет быстрой итерации и гибкости производства. Посредством итеративной разработки, тестирования и модификации конструкции он может быстро реагировать на потребности рынка, запускать мелкосерийное или разовое производство и достигать массовой настройки.
3. Особенности использования металлического алюминиевого сплава для 3D-печати в аэрокосмической отрасли.
Конструкция самолетов. Применение технологии 3D-печати из алюминиевого сплава включает в себя фюзеляж самолета, крупные конструктивные элементы, несущие конструктивные элементы и т. д. Сложные геометрические формы, такие как шасси самолета, компоненты двигателя и т. д., могут быть изготовлены с использованием технологии 3D-печати. , что снижает вес самолета и увеличивает экономию топлива.
производство спутников: технология 3D-печати из алюминиевого сплава применяется при производстве спутников для создания кронштейнов из титановых и алюминиевых сплавов, гидразиновых двигательных установок, поршней для спутниковых двигательных установок. Эти компоненты должны обладать большой прочностью, устойчивостью к коррозии и легким весом. Технология 3D-печати может адекватно удовлетворять эти потребности.
Компоненты горячей части ракетных двигателей, такие как камеры сгорания и лопатки турбин, должны выдерживать суровые условия высокой температуры и давления. Сложные каналы охлаждения, повышенная тепловая эффективность и увеличенный срок службы — это лишь некоторые из особенностей, которые стали возможны благодаря технологии 3D-печати из алюминиевого сплава для изготовления.
4 Металлический алюминиевый сплав для 3D-печати: перспективы и проблемы
Технология 3D-печати алюминиевыми сплавами по-прежнему сталкивается со значительными трудностями, даже несмотря на наличие возможностей ее широкого использования в аэрокосмической промышленности. Например, алюминиевые сплавы обладают высокой реакционной способностью, что делает их склонными к разрушению и образованию дефектов во время 3D-печати. Кроме того, прочность алюминиевого сплава не достигает уровня титанового сплава и сплава на основе никеля. Тем не менее, эти проблемы постепенно решаются по мере появления новых алюминиевых сплавов и постоянного технологического развития.
AlSi10Mg, AlSi12, Al6061 и Al7075 — одни из немногих алюминиевых сплавов премиум-класса, созданных в последнее время специально для аддитивного производства. Превосходная механическая, термическая и коррозионная стойкость этих алюминиевых сплавов позволяет использовать их в ряде авиационных применений. Одновременно с этим постоянным улучшением и усовершенствованием технологий 3D-печати металлами, таких как лазерное плавление в порошковом слое (SLM, DMLS), электронно-лучевое плавление (EBM) и технологии напыления клея, которые таким образом повышают точность и эффективность 3D-печати алюминиевыми сплавами, это их постоянная эволюция.
https://www.china-3dprinting.com/metal-3d-printing/3d-printing-and-machining-combine-to-create.html