Havacılık ve uzay kalıplarına metal 3D baskı uygulandı mı?

1. Teknolojik uyum: Geleneksel üretimin fiziksel ve finansal engellerinin aşılması
Havacılık kalıplarının karmaşık kanal tasarımlarına, yüksek-hassas yüzey işlemine, hafif yapılara ve zorlu koşullara dayanma yeteneğine sahip olması gerekir. Metal 3D baskı teknolojisi tüm bu ihtiyaçları aşağıdaki özellikleriyle karşılamaktadır:
Uygun bir soğutma kanalı tasarımı
Tipik kalıp soğutma sistemi delme teknolojisini kullanır ancak bu, kalıbın yapısıyla sınırlıdır. Bu, sıcak noktalara yol açabilecek dengesiz soğutma sorunlarına neden olabilir. Metal 3D baskı, herhangi bir şekilde soğutma kanalları oluşturmak için topoloji optimizasyonunu kullanarak kalıp boşluklarına yapışabilir. Örneğin, Platinum Technology, Blue Arrow Aerospace için enjeksiyonlu kalıplama döngüsünü %35 oranında azaltmak için uyumlu bir su yolu kullanan bir ateşleme bükme tüpü kalıbı yaptı. Ürün sertifikasyon oranı %85'ten %96'ya çıktı. Bu tür bir teknik, uçak motoru kanatlarına yönelik kalıplardaki termal stres konsantrasyonunu büyük ölçüde azaltabilir ve kalıbın daha uzun süre dayanmasını sağlayabilir.
Yüksek-hassas yüzey ve işlevsel entegrasyon
Havacılık kalıpları çok pürüzsüz yüzeylere ihtiyaç duyar ve metal 3D baskı, lazer gücünü, tarama yöntemini ve toz özelliklerini değiştirerek Ra pürüzlülüğü 0,8 μm'den az veya ona eşit olan yüzeyler elde edebilir. Örneğin Platinum A160 yazıcı ile üretilen titanyum alaşımlı kalça eklemi kalıbının yüzeyinde biyouyumluluk standartlarını anında karşılayan mikro gözenekli (%60 ila %80 gözenekli) bir yapı vardır, dolayısıyla baskı sonrası cilalamaya gerek yoktur. Ayrıca metal 3D baskı ile birden fazla malzemeye aynı anda baskı yapılabilmektedir. Örneğin, Laser Luminescence, lazer kaplama teknolojisini kullanarak bakır alt tabakanın yüzeyine bir GH4169 takviye katmanı ekleyen bakırdan yüksek-sıcaklık alaşımlı çok-malzemeli bir baskı odası kalıbı yaptı. Bu, termal iletkenliği ve yapısal gücü dengeler.
Hafiflik ve Topoloji Optimizasyonu
Enerjiden tasarruf etmek ve taşımayı daha verimli hale getirmek için havacılık kalıplarının mümkün olduğu kadar hafif ve aynı zamanda güçlü olması gerekir. Biyomimetik kafes mimarileri ve ince-duvarlı takviye, metal 3D baskının ağırlığının %30'undan fazlasını azaltmasına yardımcı olabilir. Örneğin Platinum Technology, kafes tasarımı kullanan belirli bir uydu yapısı için 3 boyutlu baskı kalıbı yaptı. Bu tasarım ağırlığı %40 oranında azaltırken aynı zamanda güçlüdür. Çin'in uzaydaki en büyük 3 boyutlu baskı uydu projesinde başarıyla kullanıldı.
Hızlı bir şekilde değişiklik yapma ve küçük partiler yapma
Geleneksel kalıp imalatında bir kalıbın açılması birkaç ay sürerken, metal 3D baskı "tek tıklamayla yazdırma" seçeneğini kullanarak kalıp modellerini hızlı bir şekilde değiştirebilir. Bu, havacılık ürünleri için önemlidir çünkü kısa bir yineleme döngüsüne sahiptirler. Örneğin Wisconsin 3D baskı ekipmanı aynı anda birden fazla lazerle baskı yapabiliyor. Günde 200 adet üretilebiliyor ve geleneksel yöntemlere göre parça başına %40 daha ucuza mal oluyor. Bu, yeni roket motorları için araştırma ve geliştirme döngüsünü büyük ölçüde hızlandırır.
2. Yaygın kullanım durumları: temel bileşenlerden tüm endüstri zincirine kadar her şeyi kapsar
Metal 3D baskı teknolojisi, havacılık ve uzay kalıplarının birçok önemli alanına girerek tasarım doğrulamasından seri üretime kadar eksiksiz bir süreç çözümü oluşturdu:
Motor parçaları için kalıp
Metal 3D baskı genellikle uçak motorlarındaki türbin kanatları ve yanma odaları gibi önemli parçaların kalıplarının yapımında kullanılıyor. Platinum ve Blue Arrow Aerospace'in birlikte çalışmasıyla oluşturulan YF-75DA motor ateşleme bükme borusu kalıbı, entegre şekillendirme kullanarak standart kaynak yöntemleriyle gelen çatlama riskini azaltıyor. Bu, kalıbın %50'den daha uzun süre dayanmasını sağlar. GE Aviation ayrıca yakıt nozulları için kalıplar yapmak amacıyla metal 3D baskıyı kullanıyor; bu da teslimat sürelerini yarıya indiriyor ve maliyetleri %30 azaltıyor.
Uzay aracının yapısal parçaları için kalıp
Uydular ve roket bölümleri gibi büyük yapısal parçalar için kalıp yapmak, çok güçlü ve boyut olarak hassas malzemeler gerektirir. LiM-X650 lazer ekipmanı, roket bölmesinin belirli bir alanı için kalıbı bastı. Güçlü ve hafif bir alüminyum alaşımından oluşur. Topoloji optimizasyonu yapısal performansı artırır ve yerel kafes yapısı, fazladan parçalardan kurtulmak ve hafiflik kriterlerini karşılamak için geliştirilir. Kalıp, üretim sürecini büyük ölçüde hızlandıran Chang Ba Jia roket çekirdeğinin ikinci aşamasını yapmak için başarıyla kullanıldı.
Isı değişimi ve ısı kaybı için kalıp
Havacılık ekipmanları çok zorlu koşullarda çalışır ve ısı dağıtma kalıpları çok katı performans standartlarına sahiptir. Platinum Technology tarafından üretilen saf bakır ısı dağıtma kanatçık kalıbı, 0,5 mm ila 1 mm arasında bir gradyan kalınlığına sahiptir. Bu, saf bakırın yüksek termal iletkenliğiyle birlikte, ısıyı dağıtmada tipik kalıplara göre %40 daha verimli olmasını sağlar. İnsanlar bu tür kalıpları roket motoru itme odaları ve uydu termal kontrol sistemleri gibi yerlerde çokça kullandılar.
Kalıpların sabitlenmesi ve yeniden üretilmesi
Uzun süre kullanıldıktan sonra havacılık ekipmanındaki kalıp aşınmasını veya çatlaklarını düzeltmek çok maliyetli olur. Tersine mühendislik kullanan metal 3D baskı, kalıp boşluklarının kopyalarını hızlı bir şekilde oluşturabilir. Ayrıca aşı baskı tekniği kullanılarak lokal hasarlar da giderilebilmektedir. Örneğin, Platinum sisteminin parçalar için otomatik aşılama sistemi, 0,05 mm'lik bir aşılama doğruluğuna sahiptir; bu, önceki yöntemlere kıyasla onarım maliyetlerini yarı yarıya azaltır ve onarım döngülerini %70 oranında hızlandırır.
3. Endüstriyel bir ekosistem yaratmak: büyük teknolojik gelişmelerden büyük kullanımlara
Havacılık ve uzay kalıp işinde metal 3D baskının yaygın kullanımı, endüstri zincirinin hem üstünden hem de altından gelen yeni fikirlerin sonucudur.
Araçlar ve materyaller için yeni fikirler
Bolite ve Huashu High Tech, çok büyük, çok-malzemeli ve yüksek-hassasiyetli nesneler oluşturabilen çeşitli endüstriyel-sınıf metal 3D yazıcıları piyasaya süren iki yerli şirkettir. Örneğin, Platinum BLT-S1500, standart tek-lazer ekipmanından 10 kat daha hızlı baskı yapabilen ve 1,5 metre çapında havacılık parçaları yapabilen 26-lazer senkronize tarama sistemi içerir. Xi'an Sailong Metal, %30 daha akıcı olan küresel titanyum alaşımı tozu üretti, bu da daha doğru bir şekilde basılabileceği anlamına geliyor. AVIC Maite'nin MT800H ekipmanı, motorun sıcak uç bileşenlerinin ihtiyaçlarını karşılamak için nikel{16}}bazlı yüksek sıcaklık alaşımlarına baskı yapabilir.
Standartların belirlenmesi ve süreçlerin optimize edilmesi
Havacılık ve uzay sektörünün kalıp kalitesi açısından çok yüksek kriterleri var ve süreçlerin nasıl yürütüleceğine ilişkin sıkı kurallar belirlemesi gerekiyor. Örneğin, Platinum Technology'nin akıllı süreç kütüphanesi 100.000'den fazla malzeme parametresini birleştirir ve tek tıklamayla en iyi baskı çözümünü bulmayı kolaylaştırır. Huashu High Tech ve Siemens tarafından oluşturulan endüstriyel-sınıf metal 3D baskı çözümü, en iyi yazdırma yolunu bulmak ve deformasyon riskini azaltmak için çoklu-fizik alan birleştirme analizini kullanıyor. Ayrıca ABD'deki şirketler, teknolojinin standartlaştırılmış bir şekilde kullanılmasını teşvik eden ISO/ASTM gibi uluslararası standartların oluşturulmasında aktif olarak yer almaktadır.
Hizmet sunmanın yeni yolları
Metal 3D baskı şirketleri "ekipman tedarikçilerinden" "tam yaşam döngüsü hizmet sağlayıcılarına" dönüşüyor. Örneğin Bolite, müşterilerini ekipman sorunları konusunda uyarmak, bunları uzaktan teşhis etmek ve onlara parça göndermek için bir IoT platformu kullanıyor. Müşterileri havacılık ve otomotiv üretimi gibi sektörlerden geliyor. Huashu High Tech, müşterilerin teknik zorlukların üstesinden gelmesine yardımcı olmak için "donanım+yazılım+hizmetler"den oluşan-hepsi bir arada-sunum modelini oluşturdu.