Како 3Д штампање алуминијумских легура редефинише лаке делове за ваздухопловство

Инжењери ваздухопловства, беспилотних летелица и сателита настављају да се сусрећу са истим тешким ограничењем: део мора да постане лакши, а да не постане слабији. Конвенционални ЦНЦ рад почиње са чврстом гредицом, уклања већину као отпад, и још увек не може да створи унутрашњу геометрију која би стварно секла масу. Времена испоруке се продужују, трошкови материјала расту, а дизајн остаје ограничен оним што резач може да досегне.3Д штампа алуминијумских легурамења ту једначину. Депоновањем материјала само тамо где је то потребно, процес отвара слободу дизајна коју методе одузимања једноставно не дозвољавају.

Маса остаје доминантни покретач перформанси. Јавни подаци НАСА-е и великих произвођача авиона показују да сваки килограм уклоњен из оквира авиона може смањити сагоревање горива за мерљиву количину и ослободити носивост или домет. На електричним беспилотним летелицама и малим сателитима ефекат је непосреднији-мања маса директно продужава издржљивост или омогућава додатне сензоре.

Традиционална машинска обрада често производи висок однос куповине{0}}до-одношења. Комплексни носач може да почне као велики комад и да се заврши на делу те тежине. Производња адитива обрће однос јер се неискоришћени прах у великој мери може повратити. Мање материјала се купује, мање се одбацује, а геометрија више није ограничена приступом алату.

Алуминијумске легуре остају практичне за многе металне 3Д штампане компоненте јер комбинују ниску густину са употребљивом чврстоћом, отпорношћу на корозију и заварљивошћу. Када се обрађује ласерским прахом-фузијом, АлСи10Мг производи густе делове који добро реагују на топлотну обраду.

АлСи10Мг је најчешћи избор за услуге 3Д штампања од алуминијумске легуре. Након третмана раствором и старења, пружа својства затезања која су конкурентна многим врстама ливења, док задржава предност у тежини скоро{3}}нето-процеса облика. Исте машине које штампају алуминијум могу да пређу на легуре титанијума када је потребна већа апсолутна чврстоћа или отпорност на температуру, дајући инжењерима опције унутар једне металне фабрике 3Д штампања.

Оно што је најважније дизајнерима је ефективни однос снаге-према-тежини када се топологија и унутрашње структуре примењују. Сам материјал је само део приче; могућност постављања само дуж путања оптерећења чини остало.

Три приступа доследно дају највеће смањење масе:

Оптимизација топологије редистрибуира материјал дуж примарних путева напрезања и уклања све остало. Добијени облици изгледају органски, али носе потребна оптерећења при мањој тежини. Већина ваздухопловних тимова сада третира оптимизацију топологије 3Д штампање као стандардни рани корак дизајна, а не као експерименталну опцију.

Решеткасте и саћасте структуре замењују чврсте зидове контролисаним унутрашњим узорцима. Крутост се може подесити док маса пада. Решеткаста структура 3Д штампање у ваздухопловству се појављује у носачима, кућиштима и измењивачима топлоте где су важне и структурне и термичке перформансе.

Консолидација делова претвара вишеделне-компоненте у појединачне штампане компоненте. Причвршћивачи, заптивке и секундарне операције нестају, заједно са њиховом тежином и потенцијалним тачкама квара. Време монтаже и залиха се истовремено смањују.

Узети заједно, ове методе редовно производе уштеду тежине у распону од 20-40% у поређењу са оригиналним машинским дизајном, мада тачна цифра увек зависи од почетних ограничења.

Добро{0}}штампан и термички{1}}алуминијумски део се ретко завршава. Ваздухопловство и даље захтева бољу отпорност на хабање, електричну проводљивост, заштиту од корозије или перформансе замора него што може да обезбеди-изграђена површина. Метална оплата за 3Д штампане делове решава те празнине.

Типична накнадна{0}}обрада почиње ослобађањем од напрезања и старењем, након чега следи ЦНЦ обрада критичних интерфејса и заптивних површина. После тога долази елоксирање, премази за хемијску конверзију, никл без електронике или друге завршне обраде за ваздухопловство{2}}. Тачан редослед је вођен оперативним окружењем и захтевима за сертификацију.

Правилно нанешен премаз затвара заосталу површинску порозност, подиже површинску тврдоћу и ствара баријеру против влаге и корозивних медија. Замор се често значајно побољшава у поређењу са необрађеним површинама, због чега су многи{1}}критични за летењеметалне 3Д штампане компонентеи даље добијају оплату након машинске обраде.

Произвођач беспилотних летелица донео је Сунхингстонес-у структурални носач који је већ био оптимизован за ЦНЦ, али је још увек промашио циљ масе под оптерећењем вибрацијама. Тим је применио оптимизацију топологије и унутрашње решетке, а затим одштампао део у АлСи10Мг. Након термичке обраде, обраде интерфејса и заштитног облагања, готова компонента је постала 27% лакша док је испуњавала све структурне и еколошке захтеве. Време од замрзавања дизајна до првог лета{5}}спремног хардвера је скраћено за отприлике 40% у односу на претходни вишеделни-пут. Исти произвођач металних 3Д штампача је касније подржао{10}}производњу малог обима, показујући да процес може да пређе са прототипа на сертификовани хардвер када су следљивост материјала и контроле процеса на месту.

Трговинске групе фокусиране на завршну обраду површина и производњу у ваздухопловству, укључујући дискусије под окриљем ЕСТА, приметиле су да се процеси адитива померају са експерименталних програма на употребу у производњи. Комбинација тополошки-оптимизованих алуминијумских делова и одговарајуће накнадне{2}}обраде, укључујући оплату, више пута се наводи као практичан пут до лакшег хардвера за летење. То признање одражава растуће поверење у технологију када се системи квалитета правилно примењују.

Сама цена је лош филтер. Корисни критеријуми укључују:

АС9100 или еквивалентан сертификат квалитета за ваздухопловство

Потпуна следљивост материјала и праха

Могућност контролисане накнадне{0}}обраде (топлотна обрада, машинска обрада, облагање)

Доказано искуство са летењем или летењем{0}}попут хардвера

Јасан дизајн-за-додатна упутства и разуман обрт прототипа

Могућност преласка са прототипа на малу{0}}у-средњу производњу, укључујући велепродајно снабдевање када се обим повећа

Фабрика металне 3Д штампе која може да дискутује о овим тачкама са конкретним примерима је вероватније да ће испоручити делове који задовољавају и инжењерске и планске потребе.

Ако одмеравате металну 3Д штампу у односу на тренутну лагану ваздухопловну компоненту, практичан следећи корак је да поделите захтеве геометрије и перформанси са квалификованим произвођачем. Кратак преглед дизајна обично открива да ли ће оптимизација топологије, решеткасте структуре или консолидација делова донети корисну тежину и повећање распореда за тај одређени део.