Сложные аэрокосмические детали с внутренними каналами, решетчатыми структурами и топологией,-оптимизированной геометрией часто доводят традиционную обработку на станках с ЧПУ до предела своих возможностей - большие отходы материала, многочисленные настройки, длительные сроки изготовления и конструкции, которые либо подвергаются риску, либо становятся непомерно дорогими. В этом руководстве объясняется, почему 3D-печать алюминиевых сплавовБлагодаря селективному лазерному плавлению (SLM) стало практическим решением для производства металлических 3D-печатных компонентов в таких ситуациях. В нем рассматриваются реальные ограничения традиционной обработки, принцип работы SLM и предоставляемая ею свобода проектирования, почему AlSi10Mg лидирует в аэрокосмической отрасли, типичные механические свойства, пример из реальной-мировой ситуации, четкое сравнение стоимости и времени выполнения заказа, а также конкретные условия, при которых 3D-печать металлом превосходит CNC.
Ограничения традиционной обработки сложной геометрии
ЧПУ остается превосходным во многих деталях. Однако в очень сложной аэрокосмической геометрии недостатки становятся очевидными:
Доступ к инструментам ограничивает внутренние функции. Глубокие каналы или закрытые решетки обычно заставляют деталь разбираться и позже собираться.
Обычно соотношение покупки-к-перелету составляет от 10:1 до 20:1. На практике это часто означает, что 85–95% заготовки превращается в стружку.
Несколько установок увеличивают как стоимость, так и риск возникновения -допусков.
Сроки выполнения заказов увеличиваются по мере накопления программирования, настройки и последовательных операций.
Когда сама геометрия препятствует процессу, проект либо перерабатывается в соответствии с производственными ограничениями, либо становится неоправданно дорогим.
Как на самом деле работает прототипирование SLM 3D-печати
При селективной лазерной плавке деталь слой за слоем строится из металлического порошка. Мощный-лазер полностью расплавляет порошок в соответствии с данными САПР. Неиспользованный порошок восстанавливается, поэтому коэффициент использования материала намного выше, чем при субтрактивных методах.
Практические преимущества проявляются быстро:
Внутренние каналы охлаждения или жидкости можно разместить именно там, где этого требует производительность.
Цельные секции можно заменить решетчатыми или гироидными конструкциями, сохраняющими жесткость при резке массы.
Сборки часто можно объединить в одну деталь, удалив крепеж и возможные пути утечки.
По этим причинам инженеры все чаще ищут опытных специалистов.SLM 3D-печать прототиповFactory, когда геометрия детали является основным ограничением.
Почему алюминиевые сплавы доминируют в 3D-печати металлами в аэрокосмической отрасли
AlSi10Mg остается «рабочей лошадкой» для большинства аэрокосмических применений 3D-печати алюминиевых сплавов. Он предлагает удачное сочетание прочности-и-веса, теплопроводности и пригодности для печати.
Типичные механические свойства SLM AlSi10Mg
|
Свойство |
Типичный диапазон (в состоянии-построенного/термически-обработанного) |
Практические заметки |
|
Плотность |
>99.5% |
Почти-полная плотность — обычное дело с оптимизированными параметрами. |
|
Предельная прочность на растяжение |
350–450 МПа |
Сильно зависит от термической обработки |
|
Предел текучести |
200–300 МПа |
- |
|
Удлинение |
5–12% |
Улучшается при правильном лечении Т6. |
|
Приблизительный предел усталости |
70–110 МПа (исходное-заводское) |
Значительно улучшается за счет отделки поверхности и HIP. |
|
Теплопроводность |
Высокий |
Полезно для теплообменников и деталей терморегулирования. |
Усталостные характеристики достаточны для многих второстепенных конструкций и кронштейнов при правильном управлении процессом и последующей-обработке. Системы сертификации НАСА, EASA и отраслевых ассоциаций продолжают развиваться, предоставляя квалифицированным производителям более четкий путь для использования в аэрокосмической отрасли.
Пример из практики: металлические 3D-печатные компоненты, поставляемые Sunhingstones
Недавний клиент из аэрокосмической отрасли обратился к нам с конструкционным алюминиевым компонентом, который включал внутренние элементы решетки и конформные каналы. Традиционные цены на механическую обработку указывали на длительные сроки выполнения заказов и высокие потери материала. Конструкция потребовала бы нескольких переналадок и по-прежнему сопряжена с риском брака.
Мы изготовили деталь из AlSi10Mg с использованием SLM. Результаты:
Производство одной-почти-чистой-формы вместо обработки с несколькими-установками
Время выполнения заказа сокращено с примерно 7–9 недель (маршрут с ЧПУ) примерно до 2,5 недель, включая пост-обработку и проверку.
Заметное снижение веса за счет решетчатой конструкции, которую было бы непрактично обрабатывать на станке.
Высокий выход-с первого прохода после стандартной термообработки и чистовой обработки
Заказчик перешел от обсуждения редизайна к функциональному оборудованию, не прибегая к серьезным компромиссам в отношении исходной геометрии. Это практический результат, к которому стремится большинство команд, когда ищут надежногоМеталлические компоненты, напечатанные на 3D-принтерепроизводитель.
Когда 3D-печать имеет смысл (а когда нет)
3D-печать металлом не становится автоматически лучше или дешевле. Лучше всего он работает в определенных условиях. Приведенное ниже сравнение отражает типичные результаты, которые мы видим при работе со сложной аэрокосмической геометрией:
CNC против SLM для сложных деталей аэрокосмической отрасли
|
Фактор |
Традиционный ЧПУ |
СЛМ (AlSi10Mg) |
Практическое преимущество |
|
Материальные отходы |
Часто 10:1 – 20:1 |
Обычно 1,1:1 – 1,5:1. |
УУЗР |
|
Свобода дизайна |
Ограничено доступом к инструменту |
Высокая (решетки, внутренние каналы, консолидация деталей) |
УУЗР |
|
Время выполнения прототипа |
4–12+ недель |
1–3 недели |
УУЗР |
|
Чувствительность к затратам |
Материал + время обработки + крепление |
Машинное время + порошок + пост-обработка |
Зависит от геометрии |
|
Поверхностная обработка |
Отличное качество-обработки |
Требуется отделка ответственных поверхностей. |
ЧПУ |
|
Лучшее соответствие |
Средний и большой объем, более простые формы |
Сложная геометрия, низкий и средний объем. |
Контекст-зависит от контекста |
Простые призматические детали в больших объемах по-прежнему предпочитают станки с ЧПУ. Гибридные подходы - печати почти-чистой формы и окончательной обработки-обработки только важных поверхностей - часто дают наилучший общий результат.
Часто задаваемые вопросы
Вопрос: Достаточно ли прочен алюминий, напечатанный на 3D-принтере, для изготовления деталей аэрокосмической отрасли?
О: Для многих вторичных конструкций, кронштейнов, корпусов и теплообменников да, -, если процесс контролируется и необходима последующая-обработка. Первичные ответственные конструкции требуют полных квалификационных данных.
Вопрос: В чем разница между SLM и другими методами 3D-печати металлом?
Ответ: SLM полностью расплавляет порошок и производит плотные детали, пригодные для использования в конструкциях. Другие процессы, такие как струйная обработка связующего или направленное наложение энергии, удовлетворяют различные потребности в отношении размера, стоимости или ремонта.
Вопрос: Какова стоимость прототипирования SLM 3D-печати по сравнению с затратами на ЧПУ?
О: При обработке сложных геометрий с высоким соотношением покупки-к-облета SLM часто оказывается конкурентоспособным или даже ниже, если принять во внимание отходы материала и несколько настроек. При обработке простых деталей обычно побеждает ЧПУ.
Вопрос: Могут ли алюминиевые детали, напечатанные на 3D-принтере, быть сертифицированы для использования в авиации?
Ответ: Да, при условии, что производитель обеспечивает отслеживание материалов, контроль процесса и следует установленным маршрутам квалификации.
Вопрос: Кого следует искать в качестве производителя металлических 3D-печатных компонентов?
О: Опыт работы с алюминиевыми сплавами аэрокосмического-класса, документированные системы качества, внутренняя-последующая-обработка и контроль, а также опыт своевременной поставки функциональных деталей.
Если у вас есть сложная деталь, которая вызывает проблемы с текущими поставщиками, отправьте чертеж. Мы дадим вам прямую оценку того, является ли алюминий SLM лучшим вариантом -, включая технологичность, ожидаемые свойства, время выполнения заказа и стоимость - без ненужного оптимизма.
Sunhingstones специализируется на металлических 3D-печатных компонентах для аэрокосмической и других требовательных применений. Свяжитесь с нами, если геометрия сама по себе является основным ограничением.