1. Свойства и ограничения материала.
Хотя алюминиевые сплавы довольно популярны, но создают множество сложностей в процессе 3D-печати, в 3D-печати металлами обычно используются титановые сплавы, жаропрочные сплавы и медные сплавы. Низкое поглощение лазерного излучения и высокая теплопроводность алюминиевого сплава приводят к значительным потерям энергии и низкой эффективности формовки. Кроме того, склонными к деформации и накоплению напряжений во время лазерного напыления являются алюминиевые сплавы; следовательно, необходимо предпринять дальнейшие профилактические меры, чтобы остановить растрескивание детали.
Алюминиевый сплав, который трудно удалить и который влияет на качество компонентов, также склонен вступать в реакцию с кислородом во время прямого лазерного осаждения с образованием Al ₂ O ∙ с высокой температурой плавления. Легирующие элементы с низкой температурой кипения (такие как Zn и Si) в алюминиевых сплавах склонны к горению во время лазерного осаждения, что изменяет состав сплава и тем самым влияет на микроструктуру и характеристики компонентов. Ограничения этих качеств материала ограничивают использование алюминиевых сплавов при 3D-печати деталей космических кораблей.
2. Недостатки производственных методологий
Кроме того, сама 3D-печать металлом имеет некоторые ограничения в производственном процессе. Например, одна из наиболее часто используемых технологий 3D-печати металлом, технология лазерной плавки порошка (L-PBF), имеет довольно низкую производственную эффективность, особенно в операциях постобработки, включающих детали сложной геометрической формы. При обработке на станке с ЧПУ, чем сложнее идентифицировать и закрепить, тем сложнее геометрическая форма заготовки, что увеличивает производственные затраты и время.
Кроме того, в процессе 3D-печати металлом образуются дым и брызги, которые могут повлиять на возможность повторного использования порошка и повысить производственные затраты. На характеристики и качество готовой продукции большое влияние оказывают постобработки, включая удаление частиц, термообработку, механическую обработку и полировку поверхности. В частности, для сложных конструктивных компонентов, созданных плавлением в порошковом слое, методы удаления для поддержки процесса немногочисленны, и для удаления обычно используются плоскогубцы, что увеличивает опасность деформации и повреждения деталей и усложняет гарантию постоянства качества.
3. Ориентиры и трудности физической работоспособности
Низкая плотность, высокий модуль упругости, высокая прочность и ударная вязкость определяют очень высокие стандарты физических характеристик компонентов космических кораблей. Эти критерии ограничивают выбор материала для 3D-печати металлом и подход к проектированию. Например, хотя алюминиевый сплав имеет низкую плотность, физические ограничения в процессе 3D-печати затрудняют соответствие критериям высокой прочности и высокой ударной вязкости.
Кроме того, длительная эксплуатация компонентов космического корабля на орбите требует устойчивых условий окружающей среды, включая высокие и низкие температуры, вакуум и радиацию. Эти элементы окружающей среды возлагают довольно большие надежды на стабильность материала. В результате 3D-печати металлом могут произойти изменения в микроструктуре и фазовом составе материала, что повлияет на его долговременную стабильность и надежность.
4. Проблемы технической сертификации и степень зрелости
Хотя технология 3D-печати металлом имеет широкие возможности использования при проектировании компонентов космических кораблей, ее технологическое развитие все еще требует дальнейшего развития. Отсутствие сертификации затрудняет внедрение многих сплавов для аддитивного производства в аэрокосмическом секторе. Процедура сертификации создает проблемы для продвижения и использования новых технологий, поскольку требует времени и большого количества экспериментальных данных для поддержки.
В то же время выбор технологии 3D-печати металлом является непростой задачей. Следует принимать во внимание элементы конструкции, входные данные процесса, технологические ограничения, металлургические и геометрические проблемы, а также другие факторы. Взаимодействие этих элементов усложняет и затрудняет выбор процесса.
5. Направление будущего развития
Хотя 3D-печать металлом имеет ряд физических ограничений, возможности ее применения при проектировании компонентов космических аппаратов все еще довольно широки. Следующее может стать частью будущего направления развития:
Разработка новых материалов: создавайте новые материалы, лучше подходящие для 3D-печати, включая титановые сплавы, жаропрочные сплавы и высокопроизводительные алюминиевые сплавы. Отличные физические и технологические качества этих новых материалов должны помочь удовлетворить строгие потребности компонентов космических кораблей.
Улучшение процесса: совершенствование существующих методов 3D-печати поможет повысить качество компонентов и эффективность производства. Например, эффективность формовки и производительность деталей можно повысить за счет максимизации параметров лазера, свойств порошка и методов последующей обработки.
Техническая сертификация – это создание целой системы сертификации и стандартов, что позволит усилить усилия по сертификации технологии 3D-печати металлом. Это будет способствовать внедрению и распространению новых технологий в аэрокосмическом секторе.
Укреплять междисциплинарное сотрудничество в таких областях, как материаловедение, машиностроение и информатика, для совместного решения физических ограничений и технологических препятствий, связанных с 3D-печатью металлами при проектировании компонентов космических кораблей.
https://www.china-3dprinting.com/metal-3d-printing/metal-3d-printed-racing-parts.html