AM-Katmanlı Üretim, geleneksel üretim teknikleriyle mümkün olmayan yüksek karmaşıklıktaki bileşenlerin yüksek hacimli havacılık ve uzay üretimini sunar. Büyük havacılık şirketlerinde ve birçok start-up'ta birçok örnek olmasına rağmen, L-PBF seçici lazer metal füzyon 3D baskı şu anda en baskın işlemdir ve bunu DED (LW-DED ve LP-DED dahil) takip etmektedir.
Havacılık Uygulamaları için Ortak AM Alaşımları
Havacılık ve uzay katkılı imalat ihtiyaçları için metal seçimi, alüminyum alaşımları, paslanmaz çelikler, titanyum alaşımları, nikel ve demir bazlı süper alaşımlar, bakır alaşımları ve ateşe dayanıklı alaşımları içerecek şekilde genişledi.
Bu alaşımlardan bazılarının kökleri geleneksel işleme yöntemlerine kadar uzanabilir ve havacılık bileşenlerinde kullanılmaya devam edilebilir. Yeni ve mevcut alaşımlar sürekli olarak geliştirilmektedir, bu nedenle mevcut alaşım listesi ayrıntılı değildir.
Ek olarak, mevcut alaşımların çoğu henüz geliştirme aşamasına ulaşmıştır ve L-PBF, LP-DED ve AW-DED'in en çok çalışılan alanlar olduğu belirli katkılı üretim süreçlerini kullanan havacılık uygulamaları için tam olarak kalifiye olmayabilir.
Kullanılan eklemeli üretim sürecine bağlı olarak, hammadde, ön alaşımlı tozdan (genellikle gaz atomizasyonu ile üretilir), tel, levha veya katı çubuktan değişir. Mevcut alaşımların sayısı dövme alaşımlarla karşılaştırıldığında sınırlı olsa da, olgunluk seviyelerinin değiştiğine dair uyarıyla birlikte hala birçok yaygın ve iyi bilinen yüksek sıcaklık ve popüler havacılık alaşımları mevcuttur.
Nikel Bazlı Süper Alaşımlar
Nikel bazlı süper alaşımlar, AM-Katmanlı Üretim platformlarında yaygın olarak popülerdir ve Inconel 625 ve Inconel 718 birçok uygulamada kullanılmaktadır. Nikel ve demir bazlı süper alaşımlar, yüksek sıcaklık ve basınçlarda mükemmel mekanik özellikleri nedeniyle seçilmiştir ve genellikle zorlu ortamlarda (korozyon ve oksidasyon direnci) kullanılır.
A-286, JBK-75 ve NASA HR-1 gibi demir bazlı süper alaşımlar, hidrojen çevresel gevrekliği ile ilişkili riskleri azaltmak için roket motorları gibi yüksek basınçlı hidrojen uygulamalarında yaygın olarak kullanılmaktadır. (HEE). Ek olarak, bu süper alaşımlar yüksek sürünme direncine sahiptir. Bu özelliklerin kombinasyonu, modern uçak motorlarının verimliliğini önemli ölçüde artırmaya yardımcı olur.
Süper alaşımlar, yanma odası, türbin, kasa, diskler ve kanatlar dahil olmak üzere yüksek basınçlı gaz türbini motorlarındaki birçok bileşenin üretiminde kilit metallerdir.
Diğer yüksek ve düşük sıcaklık uygulamaları, sıvı roket motorları, turbo makineler, enjektörler, ateşleyiciler ve manifoldlar için valfleri içerir. Şu anda, gelişmiş uçak motorlarının ağırlıkça yüzde 50'den fazlası nikel bazlı süper alaşımlardan oluşuyor.
Titanyum alaşımı
Mukavemet-ağırlık oranı bir diğer önemli ölçüdür, bu nedenle titanyum alaşımları kullanışlıdır. Titanyum alaşımları, havacılık uygulamalarına yüksek oranda entegre edilmiştir - mükemmel korozyon direnci ve orta sıcaklıkta kullanım sunar - ve eklemeli imalatta yoğun ilgi konusu olmuştur.
Spesifik olarak, Ti-6Al-4V, iniş takımları, yatak çerçeveleri, dönen makineler, kompresör diskleri ve bıçakları, kriyojenik yakıt tankları ve diğer birçok havacılık bileşeni için yaygın bir alaşımdır. Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo (Ti6242) kompresör kanatlarında ve dönen makinelerde kullanılırken, titanyum alüminid ( -TiAl) türbin kanatlarında aktif olarak kullanılmaktadır. .
Alüminyum alaşım
Titanyum alaşımlarından daha zayıf olmasına rağmen, alüminyum alaşımları iyi bir güç-ağırlık oranına sahiptir ve yaygın (ve iyi kurulmuş) bir havacılık malzemesi seçimidir. 3D Science Valley'e göre, aditif olarak üretilmiş parçaların üretiminde kullanılan alüminyum alaşımları, birçoğu katı hal eklemeli üretim süreçleri kullanılarak üretilen ve kullanılabilen alaşım elementlerine dayalı 1xxx, 2xxx, 4xxx, 6xxx ve 7xxx serisini içerir. AFS-D ve UAM sürecinde işlemek için.
AlSi10Mg, F357, A205, 7A77, 6061-RAM2, Scalmalloy, vb. dahil olmak üzere toz yatağı erimiş metal 3D baskı işlemi-PBF ve yönlendirilmiş enerji biriktirme metal 3D baskı-DED eritme işlemi ile proses çatlamasını azaltmak için alüminyum alaşımları geliştirilmiştir. Bununla birlikte, alüminyum alaşımlarının zayıf yüksek sıcaklık performansları, kaynak onarım sorunları ve genel olarak zayıf stres direnci, korozyon çatlaması ve diğer zorluklar nedeniyle bir takım dezavantajları da vardır.
Paslanmaz çelik
Titanyum veya süper alaşımlarla karşılaştırıldığında, paslanmaz çelik iyi bir mukavemet-ağırlık oranına, yüksek sıcaklık direncine ve daha düşük maliyete sahiptir, bu nedenle uçak ve uzay aracı bileşenlerinde yaygın olarak kullanılır. Paslanmaz çelik, yüksek korozyon direnci, oksidasyon direnci gösterir ve doğru ortamda aşınma direnci gösterir.
Paslanmaz çelik, motor ve egzoz sistemlerinde, hidrolik bileşenlerde, ısı eşanjörlerinde, iniş takımı sistemlerinde ve yapısal bağlantılarda kullanılır. Çelik ayrıca menteşeler, bağlantı elemanları, iniş takımları ve uçaktaki diğer bileşenler gibi havacılık bileşenlerinde de kullanılır. Östenitik (yani 316L) ve çökeltme sertleştirmesi (PH) dahil olmak üzere, AM ile yaygın olarak çeşitli paslanmaz ve özel çelikler kullanılır. Bununla birlikte, bu avantajlara rağmen, çelik nispeten yoğundur, bu nedenle kullanımı sistem kütlesini azaltmakla sınırlıdır. Çelik, bazı alaşımlar çatlamaya meyilli olduğundan ve geleneksel tekniklerle kolayca oluşturulabildiğinden ve genellikle daha az karmaşık montajlarda kullanıldığından, eklemeli imalat için popüler değildir.
Bu alaşım orijinal olarak aşırı sıcaklıklarda mekanik özellikleri (örneğin, sürünme direnci, gerilme mukavemeti, mikroyapısal bütünlük) geliştirmek için geliştirilmiştir. Alaşım, gaz türbinleri, roket motorları, nükleer reaktörler ve diğer yüksek sıcaklık uygulamaları için metal bileşenlerde umut vaat ediyor. Bununla birlikte, bu tür alaşımları üretmek için geleneksel mekanik alaşımlama süreçleri son derece verimsiz, zaman alıcı ve maliyetlidir ve 3D baskı, bu tür alaşımları elde etmek için bir kısayol açar.
NASA'nın ODS-MEA malzemesi, seçici lazer eritme L-PBF metal 3D baskı teknolojisi ile işlenir. Alaşım karmaşık geometrilerde üretilebilir ve gerilim çatlamasına ve dendritik ayrışmaya karşı dirençlidir.
NASA'nın sürecinin, 1100 derecede 10 kat daha iyi sürünme kopma ömrüne sahip ve mevcut 3D baskılı parçalardan yüzde 30 daha güçlü bileşenler oluşturduğu gösterilmiştir. Yeni ODS-MEA alaşımları, güç üretimi, tahrik (roketler, jet motorları, vb.), nükleer enerji uygulamaları ve madencilik ve çimento dahil olmak üzere, ODS alaşımlarının halihazırda kullanıldığı (örneğin aşırı termal ortamları içerenler) uygulamalar bulabilir. üretim endüstrileri imalat ekipmanı, gaz türbini bileşenleri (emme havası sıcaklığının arttırılması verimliliği artırır) ve daha fazlası.
Kobalt bazlı süper alaşımlar, bakır alaşımları
Yüksek termal iletkenliğin gerekli olmadığı yüksek sıcaklık uygulamaları için kobalt bazlı alaşımlar (CoCr ve Stellite dahil) kullanılabilir. Ancak termal iletkenlik bir öncelik olduğunda bakır alaşımları ön plana çıkmaktadır. Yüksek ısıl iletkenlikleri doğal olarak ısı eşanjörleri için uygundur. Roket uygulamaları için, en yüksek ısı akısı, itme odası tertibatı içinde meydana gelir, bu nedenle bu alan yüksek basınca maruz kalan bölgedir. Buna karşılık, bu ortamlarda kullanılan bakır alaşımları, yüksek mukavemet ve yüksek termal iletkenlik gerektirir (seçilen itici ile malzeme uyumluluk gereksinimlerini karşılarken).
İyi kurulmuş yaygın AM-AM bakır alaşımları arasında GRCop-42, GRCop-84, C18150 (Cu-Cr-Zr), C18200 (Cu-Cr) ve GlidCop bulunur.
başka
Eklemeli imalat, özel bimetalik ve multimetalik metaller oluşturabilir. Termal veya yapısal özellikleri optimize etmek için malzemeler tasarıma ayrı ayrı eklenebilir. Ürünler, tüm alt sistemin ağırlığını optimize etmek için yapısal ceketler, flanşlar, çıkıntılar veya diğer özelliklerle üretilebilir. Bunlar, ayrı metal geçişleri veya işlevsel olarak derecelendirilmiş malzemeleri (FGM'ler) içerebilir.
Havacılık uygulamalarında kullanılabilen diğer metal alaşımları, niyobyum, tantal, molibden, renyum ve tungsten gibi ateşe dayanıklı metalleri ve bunların alaşımlarını içerir. Niyobyum bazlı C-103, radyasyonlu soğutma nozülleri, uzay reaksiyon kontrol sistemleri ve hipersonik kanatların ön kenarları gibi uygulamalarda yaygındır.
Diğer niyobyum bazlı alaşımlar (WC3009, C129Y, Cb752, FS-85), uçak termal koruma sistemlerinde ve uzay reaktörü çekirdek yapılarında kullanılır.
Tantal bazlı alaşımlar (Ta10W, Ta111, Ta122) tipik olarak aşındırıcı yüksek basınçlı ve ultra yüksek sıcaklıklı ortamlarda kullanılır.
Molibden bazlı refrakterler, alkali metal ısı boruları ve nükleer termal tahrik yakıt elemanları gibi ultra yüksek sıcaklık uygulamalarında kullanılır. Ağır bazlı alaşımlar, eklemeli üretim için çok daha az gelişmiştir ancak kendi kendine tutuşan yakıcılarda ve tek kristal türbin kanatlarında potansiyel kullanımları vardır.