Alkalmaztak fém 3D-nyomtatást az űrrepülési formákra?

1. Technológiai alkalmazkodóképesség: a hagyományos termelés fizikai és pénzügyi akadályainak leküzdése
Az űrrepülőgép-öntőformáknak összetett csatornakialakításúaknak, nagy-precíziós felületkezelésnek, könnyű szerkezeteknek és a zord körülményeknek is ellenálló képességüknek kell lenniük. A fém 3D nyomtatási technológia mindezen igényeket kielégíti a következő jellemzőkkel:
A megfelelő hűtőcsatorna kialakítása
A tipikus formahűtési rendszer fúrási technológiát alkalmaz, de ennek az öntőforma szerkezete korlátozza. Ez problémákat okozhat az egyenetlen hűtéssel, ami forró pontokhoz vezethet. A fém 3D-nyomtatás a formák üregeihez tapadhat, ha topológiaoptimalizálással bármilyen alakú hűtőcsatornát hoz létre. A Platinum Technology például egy gyújtós hajlított csőformát készített a Blue Arrow Aerospace számára, amely konform vízi utat használ a fröccsöntési ciklus 35%-os csökkentésére. A termékek tanúsítási aránya 85%-ról 96%-ra emelkedett. Ez a fajta technika nagymértékben csökkentheti a hőfeszültség-koncentrációt a repülőgép-hajtóművek pengéiben lévő formákban, és meghosszabbíthatja a forma élettartamát.
Nagy-pontos felület és funkcionális integráció
Az űrrepülőgép-formáknak nagyon sima felületekre van szükségük, és a fém 3D-nyomtatás során a lézer teljesítményének, a szkennelési módszernek és a por tulajdonságainak megváltoztatásával Ra 0,8 μm-nél kisebb vagy azzal egyenlő érdességű felületeket kaphat. Például a Platinum A160 nyomtató által készített titánötvözet csípőízületi forma mikroporózus felületű (60-80%-os porozitású), amely azonnal megfelel a biokompatibilitási szabványoknak, így nincs szükség a nyomtatás utáni polírozásra. Ezenkívül a fém 3D-nyomtatás több anyagból is nyomtathat egyszerre. Például a Laser Luminescence készített egy magas hőmérsékletű rézötvözetből készült, több-anyagú tolókamrás formát, amely GH4169-es erősítőréteget ad a réz hordozó felületéhez lézeres burkoló technológia segítségével. Ez egyensúlyban tartja a hővezető képességet és a szerkezeti szilárdságot.
Könnyű súly és topológia optimalizálás
Az energiatakarékosság és a szállítás hatékonyabbá tétele érdekében az űrrepülési formáknak a lehető legkönnyebbnek kell lenniük, ugyanakkor erősnek kell lenniük. A biomimetikus rácsarchitektúrák és a vékony -falú erősítés segíthet a fém 3D-nyomtatásnak több mint 30%-os súlyának megtakarításában. Például a Platinum Technology egy 3D-nyomtatóformát készített egy bizonyos műholdszerkezethez, amely rácsos kialakítást használ. Ez a kialakítás 40%-kal csökkenti a súlyt, miközben továbbra is erős. Sikeresen használták Kína legnagyobb űrbeli 3D nyomtatási műholdprojektjénél.
Gyors változtatások és kis tételek végrehajtása
A hagyományos öntőformagyártásnál több hónapig tart a forma kinyitása, míg a fém 3D-nyomtatással az „egy kattintással történő nyomtatás” opcióval gyorsan át lehet váltani a szerszámmodelleket. Ez fontos a repülőgépipari termékek esetében, mivel rövid iterációs ciklusuk van. Például a Wisconsin 3D nyomtató berendezés több lézerrel is nyomtathat egyszerre. Napi 200 darabot tud készíteni, és darabonként 40%-kal olcsóbb, mint a hagyományos módszerekkel. Ez jelentősen felgyorsítja az új rakétahajtóművek kutatási és fejlesztési ciklusát.
2. Általános felhasználási esetek: a kulcsfontosságú alkatrészektől a teljes iparági láncig mindenre kiterjed
A fém 3D nyomtatási technológia az űrrepülőgépek öntőformáinak számos fontos területére belépett, és teljes folyamatmegoldást hozott létre a tervezés ellenőrzésétől a tömeggyártásig:
Forma motor alkatrészekhez
A fém 3D-nyomtatást gyakran használják öntőformák készítésére olyan alapvető alkatrészekhez, mint a turbinalapátok és a repülőgép-hajtóművek égésterei. A Platinum és a Blue Arrow Aerospace együttes munkája által létrehozott YF-75DA motor gyújtáskanyar csőöntőforma integrált alakítás segítségével csökkenti a repedés kockázatát, amely a szabványos hegesztési módszerekkel jár. Ezáltal a forma több mint 50%-kal tovább tart. A GE Aviation fém 3D nyomtatást is alkalmaz az üzemanyagfúvókák öntőformáinak elkészítéséhez, ami felére csökkenti a szállítási időt és 30%-kal csökkenti a költségeket.
Öntőforma űrhajók szerkezeti alkatrészeihez
A nagy szerkezeti részek, például műholdak és rakétarészek öntőformáinak elkészítéséhez nagyon erős és precíz méretű anyagokra van szükség. A LiM-X650 lézerberendezés kinyomtatta a formát a rakétatér egy bizonyos részére. Erős és könnyű alumíniumötvözetből áll. A topológia optimalizálás javítja a szerkezeti teljesítményt, és a helyi rácsszerkezetet úgy fejlesztették ki, hogy megszabaduljon a felesleges alkatrészektől és megfeleljen a könnyű súly kritériumainak. A formát sikeresen felhasználták a Chang Ba Jia rakétamag második fokozatának elkészítéséhez, ami nagymértékben felgyorsította a gyártási folyamatot.
Forma hőcseréhez és hőveszteséghez
Az űrrepülőgépek nagyon kemény körülmények között működnek, és a hőelvezető formák nagyon szigorú teljesítmény-előírásokkal rendelkeznek. A Platinum Technology által gyártott tiszta réz hőelvezető borda öntőforma gradiens vastagsága 0,5-1 mm. Ez, valamint a tiszta réz magas hővezető képessége, 40%-kal hatékonyabbá teszi a hőleadást, mint a tipikus penész. Az emberek gyakran használták ezt a fajta formát olyan helyeken, mint a rakétamotorok tolókamrái és a műholdas hőszabályozó rendszerek.
Formák rögzítése és újragyártása
Sokba kerül a penészkopás vagy repedés kijavítása az űrrepülőgépeken hosszú használat után. A reverse engineering használatával a fém 3D-nyomtatás gyorsan másolatokat készíthet a formaüregekről. Helyi sérüléseket is kijavíthat oltónyomtatási technikával. Például a Platinum rendszer automata alkatrészek oltórendszere 0,05 mm-es oltási pontossággal rendelkezik, ami a korábbi módszerekhez képest felére csökkenti a javítási költségeket, és 70%-kal felgyorsítja a javítási ciklusokat.
3. Ipari ökoszisztéma létrehozása: a nagy technológiai fejlődéstől a nagy felhasználásig
A fém 3D nyomtatás széleskörű elterjedése a repülőgépiparban az ipari lánc felső és alsó részéből érkező új ötletek eredménye.
Új ötletek szerszámokhoz és anyagokhoz
A Bolite és a Huashu High Tech két hazai vállalat, amelyek számos ipari{0}}minőségű fém 3D-nyomtatót adtak ki, amelyekkel hatalmas, sok{2}anyagból álló és nagy pontosságú{3}}objektumokat lehet létrehozni. Például a Platinum BLT-S1500 tartalmaz egy 26-lézeres szinkron szkennelő rendszert, amely 10-szer gyorsabban képes nyomtatni, mint a szabványos egyetlen-lézeres berendezés, és 1,5 méter átmérőjű repülőgép-alkatrészeket készít. A Xi'an Sailong Metal gömb alakú titánötvözet port készített, amely 30%-kal folyósabb, ami azt jelenti, hogy pontosabban nyomtatható. Az AVIC Maite MT800H berendezése képes nikkel{16}}alapú, magas hőmérsékletű ötvözetek nyomtatására, hogy megfeleljen a motor forró végkomponenseinek igényeinek.
Szabványok felállítása és folyamatok optimalizálása
A repülőgépipar nagyon magas követelményeket támaszt a penész minőségére vonatkozóan, és szigorú irányelveket kell meghatároznia a folyamatok lebonyolítására vonatkozóan. Például a Platinum Technology intelligens folyamatkönyvtára több mint 100 000 anyagparaméter-készletet egyesít, és egyetlen kattintással megkönnyíti a legjobb nyomtatási megoldás megtalálását. A Huashu High Tech és a Siemens által megalkotott ipari-minőségű fém 3D nyomtatási megoldás több-fizikai tércsatolási elemzést alkalmaz a legjobb nyomtatási útvonal megtalálása és a deformáció kockázatának csökkentése érdekében. Ezenkívül az Egyesült Államok vállalatai aktívan részt vesznek az olyan nemzetközi szabványok létrehozásában, mint az ISO/ASTM, amely ösztönzi a technológia szabványosított használatát.
A szolgáltatásnyújtás új módjai
A fém 3D-nyomtatással foglalkozó cégek „berendezés-beszállítókról” „teljes életciklus-szolgáltatókká” változnak. Például a Bolite IoT platformot használ arra, hogy figyelmeztesse az ügyfeleket a berendezésekkel kapcsolatos problémákra, távolról diagnosztizálja azokat, és alkatrészeket küldjön nekik. Ügyfeleik olyan iparágakból származnak, mint a repülőgépgyártás és az autógyártás. A Huashu High Tech megalkotta a „hardver+szoftver+szolgáltatások” minden-az{5}}egyben szállítási modelljét, hogy segítse ügyfeleit a technikai kihívások leküzdésében.