Hogyan határozza meg újra az alumíniumötvözetek 3D nyomtatása a könnyű repülőgép-alkatrészeket

Az űrrepülőgép, az UAV és a műholdas mérnökök továbbra is ugyanazon a kemény határon futnak: az alkatrésznek könnyebbé kell válnia anélkül, hogy gyengülne. A hagyományos CNC-munka egy tömör tuskóval kezdődik, a nagy részét selejtként távolítja el, és még mindig nem tudja létrehozni azt a belső geometriát, amely ténylegesen levágná a tömeget. Az átfutási idők megnyúlnak, az anyagköltségek megnövekednek, és a kialakítást korlátozza az, hogy a vágó mit érhet el.Alumíniumötvözetek 3D nyomtatásamegváltoztatja ezt az egyenletet. Azáltal, hogy csak ott helyezzük el az anyagot, ahol szükséges, a folyamat olyan tervezési szabadságot nyit, amelyet a kivonó módszerek egyszerűen nem tesznek lehetővé.

A tömeg továbbra is a teljesítmény meghatározó tényezője. A NASA-tól és a nagyobb repülőgépgyártóktól származó nyilvános adatok azt mutatják, hogy a repülőgépvázból eltávolított minden egyes kilogramm mérhető mértékben csökkentheti az élettartam során elégetett üzemanyagot, és felszabadíthatja a hasznos terhet vagy a hatótávolságot. Az elektromos UAV-kon és a kis műholdakon a hatás azonnali,-az alacsonyabb tömeg közvetlenül megnöveli az állóképességet, vagy további érzékelőket tesz lehetővé.

A hagyományos megmunkálás gyakran magas vásárlási{0}}/repülési arányt eredményez. Egy összetett konzol kezdődhet nagy tuskóként, és ennek a súlynak a töredékével érhet véget. Az additív gyártás megfordítja az arányt, mivel a fel nem használt por nagyrészt visszanyerhető. Kevesebb anyagot vásárolnak, kevesebbet dobnak el, és a geometriát már nem korlátozza a szerszámhoz való hozzáférés.

Az alumíniumötvözetek praktikusak maradnak számos fém 3D nyomtatott alkatrészhez, mert egyesítik az alacsony sűrűséget a használható szilárdsággal, a korrózióállósággal és a hegeszthetőséggel. Lézeres por{2}}ágyas fúzióval feldolgozva az AlSi10Mg sűrű részeket képez, amelyek jól reagálnak a hőkezelésre.

Az AlSi10Mg a leggyakoribb választás alumíniumötvözet 3D nyomtatási szolgáltatási munkákhoz. Az oldatkezelés és az öregítés után szakító tulajdonságokkal rendelkezik, amelyek versenyképesek számos öntvényminőséggel, miközben megtartja a közel -nettó-formájú folyamat súlyelőnyét. Ugyanazok a gépek, amelyek alumíniumot nyomtatnak, átválthatnak titánötvözetekre, ha nagyobb abszolút szilárdságra vagy hőállóságra van szükség, így a mérnökök egyetlen fém 3D-nyomtató gyárban választhatnak.

Ami a tervezők számára a legfontosabb, az a tényleges szilárdság-/-tömeg arány a topológia és a belső struktúrák alkalmazása után. Maga az anyag csak egy része a történetnek; az a képesség, hogy csak a terhelési utak mentén helyezhető el, a többit megteszi.

Három megközelítés biztosítja következetesen a legnagyobb tömegcsökkentést:

A topológia optimalizálás újraelosztja az anyagot az elsődleges feszültségi útvonalak mentén, és eltávolít minden mást. Az így kapott formák szervesnek tűnnek, de kisebb súly mellett viselik a szükséges terhelést. A legtöbb repülőgépipari csapat ma már a topológiaoptimalizálás 3D-s nyomtatását standard korai tervezési lépésként kezeli, nem pedig kísérleti lehetőségként.

A rácsos és méhsejt szerkezetek a tömör falakat ellenőrzött belső mintákkal helyettesítik. A merevség a tömeg csökkenésekor hangolható. Rácsszerkezet Az űrrepülési 3D nyomtatási alkalmazások tartókban, házakban és hőcserélőkben jelennek meg, ahol mind a szerkezeti, mind a termikus teljesítmény számít.

Az alkatrészek összevonása a több{0}}darabból álló összeállításokat egyetlen nyomtatott összetevővé alakítja. Eltűnnek a kötőelemek, tömítések és másodlagos műveletek, súlyukkal és esetleges meghibásodási pontjaikkal együtt. Az összeszerelési idő és a készlet egyszerre csökken.

Összességében ezek a módszerek rendszeresen 20-40%-os súlymegtakarítást eredményeznek az eredeti megmunkálási tervekhez képest, bár a pontos érték mindig az indulási korlátoktól függ.

A jól-nyomtatott és hőkezelt alumínium{1}}alkatrész ritkán készül el. Az űrrepülési környezet még mindig jobb kopásállóságot, elektromos vezetőképességet, korrózióvédelmet vagy kifáradás elleni teljesítményt igényel, mint amennyit a beépített felület tud nyújtani. A 3D nyomtatott alkatrészek fémbevonata kiküszöböli ezeket a hiányosságokat.

A tipikus utófeldolgozás{0}}a feszültségmentesítéssel és öregítéssel kezdődik, amelyet a kritikus interfészek és a tömítőfelületek CNC-megmunkálása követ. Utána jönnek az eloxálás, a kémiai átalakító bevonatok, az elektromos nikkel- vagy más, űrrepülő{2}}minőségű bevonatok. A pontos sorrendet a működési környezet és a tanúsítási követelmények határozzák meg.

A megfelelően felvitt bevonat lezárja a maradék felületi porozitást, növeli a felület keménységét és gátat képez a nedvességgel és a korrozív közegekkel szemben. A fáradtság élettartama gyakran észrevehetően javul a kezeletlen felületekhez képest, ezért sok repülés{1}}kritikusfém 3D nyomtatott alkatrészekmegmunkálás után is kapnak bevonatot.

Egy UAV-gyártó olyan szerkezeti konzolt hozott a Sunhingstonesnak, amelyet már CNC-re optimalizáltak, de vibrációs terhelés hatására még mindig nem érte el a tömegcélt. A csapat topológiaoptimalizálást és belső rácsokat alkalmazott, majd kinyomtatta az alkatrészt AlSi10Mg-ben. A hőkezelés, felületmegmunkálás és védőbevonat után a kész alkatrész 27%-kal könnyebb lett, miközben minden szerkezeti és környezetvédelmi követelménynek megfelelt. A tervezés lefagyásától az első repülésig -készülő hardver körülbelül 40%-kal lerövidült az előző több-darabos útvonalhoz képest. Ugyanez a fém 3D nyomtatógyártó később támogatta a kis mennyiségű{10}} gyártási folyamatot, ami megmutatta, hogy a folyamat prototípusból tanúsított hardverré válhat, ha az anyagok nyomon követhetősége és folyamatszabályozása megvan.

A felületmegmunkálással és a repülőgépgyártással foglalkozó kereskedelmi csoportok, beleértve az ESTA égisze alatt folytatott megbeszéléseket is, megjegyezték, hogy az additív eljárások a kísérleti programokról a gyártási felhasználásra váltanak át. A topológiájú-optimalizált alumínium alkatrészek és a megfelelő utófeldolgozás-kombinációja, beleértve a bevonatot is, ismételten a könnyebb repülési hardverek gyakorlati útjaként említik. Ez az elismerés tükrözi a technológiába vetett növekvő bizalmat, ha a minőségi rendszereket megfelelően alkalmazzák.

Az ár önmagában rossz szűrő. A hasznos kritériumok a következők:

AS9100 vagy azzal egyenértékű repülőgép-minőségi tanúsítvány

Teljes anyag és por nyomon követhetőség

Ellenőrzött utófeldolgozási{0}}képesség (hőkezelés, megmunkálás, bevonat)

Bizonyított tapasztalat repüléssel vagy{0}}repüléshez hasonló hardverrel

Átlátható kialakítás-az-additív útmutatás és a prototípus ésszerű átalakítása érdekében

Lehetőség a prototípusról a kis{0}}a-közepes gyártásra való áttérésre, beleértve a nagykereskedelmi ellátást is, ha a mennyiség nő

Egy fém 3D nyomtatógyár, amely konkrét példákkal tudja megvitatni ezeket a kérdéseket, nagyobb valószínűséggel szállít olyan alkatrészeket, amelyek mind a tervezési, mind az ütemezési igényeknek megfelelnek.

Ha a fém 3D nyomtatást egy jelenlegi könnyű repülőgép-alkatrészhez viszonyítja, a következő gyakorlati lépés az, hogy megosztja a geometriai és teljesítménykövetelményeket egy minősített gyártóval. Egy rövid tervezési áttekintés általában felfedi, hogy a topológia optimalizálása, a rácsszerkezetek vagy az alkatrész-konszolidáció hasznos súlyt és ütemezési növekedést eredményez-e az adott rész számára.