چگونه پرینت سه بعدی آلیاژهای آلومینیوم، قطعات سبک وزن هوافضا را بازتعریف می کند

مهندسان هوافضا، پهپادها و ماهواره‌ها به همان حد سخت ادامه می‌دهند: قطعه باید سبک‌تر شود بدون اینکه ضعیف‌تر شود. کار معمولی CNC با یک شمش جامد شروع می شود، بیشتر آن را به عنوان ضایعات حذف می کند، و هنوز هم نمی تواند هندسه داخلی را ایجاد کند که در واقع جرم را کاهش دهد. زمان‌های سرب کشیده می‌شوند، هزینه‌های مواد افزایش می‌یابد، و طراحی محدود به چیزی است که یک برش می‌تواند به آن برسد.چاپ سه بعدی آلیاژهای آلومینیومآن معادله را تغییر می دهد. با سپرده گذاری مواد فقط در جایی که مورد نیاز است، این فرآیند آزادی طراحی را باز می کند که روش های کسر به سادگی اجازه نمی دهند.

جرم همچنان محرک عملکرد غالب است. داده های عمومی ناسا و سازندگان اصلی هواپیما نشان می دهد که هر کیلوگرم حذف شده از بدنه هواپیما می تواند سوخت مادام العمر را تا حد قابل اندازه گیری کاهش دهد و بار یا برد را آزاد کند. در پهپادهای الکتریکی و ماهواره‌های کوچک، این اثر فوری‌تر است-جرم کمتر مستقیماً استقامت را افزایش می‌دهد یا به حسگرهای اضافی اجازه می‌دهد.

ماشین‌کاری سنتی اغلب نسبت خرید-به-بالای بالایی را ایجاد می‌کند. یک براکت پیچیده می تواند به عنوان یک شمش بزرگ شروع شود و با کسری از آن وزن به پایان برسد. تولید افزودنی این نسبت را معکوس می کند زیرا پودر استفاده نشده تا حد زیادی قابل بازیابی است. مواد کمتری خریداری می شود، کمتر دور ریخته می شود و هندسه دیگر با دسترسی ابزار محدود نمی شود.

آلیاژهای آلومینیوم برای بسیاری از اجزای فلزی پرینت سه بعدی عملی باقی می مانند زیرا چگالی کم را با استحکام قابل استفاده، مقاومت در برابر خوردگی و قابلیت جوش ترکیب می کنند. وقتی AlSi10Mg توسط پودر لیزر{2}}همجوشی بستر پردازش می‌شود، قطعات متراکمی تولید می‌کند که به خوبی به عملیات حرارتی پاسخ می‌دهند.

AlSi10Mg رایج ترین انتخاب برای خدمات چاپ سه بعدی آلیاژ آلومینیوم است. پس از درمان با محلول و پیری، خواص کششی قابل رقابت با بسیاری از گریدهای ریخته‌گری را ارائه می‌کند و در عین حال مزیت وزنی فرآیند تقریباً-شکل-شکل را حفظ می‌کند. همان ماشین‌هایی که آلومینیوم چاپ می‌کنند می‌توانند در صورت نیاز به استحکام مطلق یا مقاومت دمایی بالاتر، به آلیاژهای تیتانیوم تبدیل شوند و گزینه‌هایی را در داخل یک کارخانه چاپ سه‌بعدی فلز به مهندسان ارائه دهند.

آنچه برای طراحان اهمیت دارد، نسبت قدرت مؤثر به وزن پس از اعمال توپولوژی و ساختارهای داخلی است. خود مطالب فقط بخشی از داستان است. توانایی قرار دادن آن فقط در امتداد مسیرهای بار بقیه موارد را انجام می دهد.

سه رویکرد به طور مداوم بزرگترین کاهش جرم را ارائه می دهند:

بهینه‌سازی توپولوژی، مواد را در مسیرهای تنش اولیه توزیع می‌کند و هر چیز دیگری را حذف می‌کند. شکل های به دست آمده ارگانیک به نظر می رسند، اما بارهای مورد نیاز را با وزن کمتر حمل می کنند. اکثر تیم‌های هوافضا در حال حاضر پرینت سه‌بعدی بهینه‌سازی توپولوژی را به عنوان یک مرحله طراحی اولیه استاندارد به جای یک گزینه آزمایشی در نظر می‌گیرند.

سازه های مشبک و لانه زنبوری جایگزین دیوارهای جامد با الگوهای داخلی کنترل شده می شوند. سفتی را می توان در حین کاهش جرم تنظیم کرد. کاربردهای هوافضا پرینت سه بعدی ساختار شبکه ای در براکت ها، محفظه ها و مبدل های حرارتی ظاهر می شوند که در آن عملکرد ساختاری و حرارتی اهمیت دارد.

یکپارچه‌سازی قطعات، مجموعه‌های چند{0}}تکه‌ای را به اجزای تک چاپی تبدیل می‌کند. اتصال دهنده ها، مهر و موم ها و عملیات ثانویه، همراه با وزن و نقاط شکست احتمالی آنها ناپدید می شوند. زمان مونتاژ و موجودی به طور همزمان کاهش می یابد.

روی هم رفته، این روش‌ها به طور منظم باعث کاهش وزن در محدوده 20 تا 40 درصد در مقایسه با طرح‌های ماشین‌کاری شده اصلی می‌شوند، اگرچه رقم دقیق همیشه به محدودیت‌های شروع بستگی دارد.

یک قطعه آلومینیومی-خوب چاپ شده و با حرارت{1}}به ندرت تکمیل می شود. محیط‌های هوافضا همچنان به مقاومت در برابر سایش، رسانایی الکتریکی، حفاظت در برابر خوردگی یا عملکرد خستگی بهتری نسبت به سطح ساخته شده نیاز دارند. آبکاری فلز برای قطعات پرینت سه بعدی این شکاف ها را برطرف می کند.

پردازش پس از{0}معمولی با کاهش استرس و پیری شروع می‌شود و به دنبال آن ماشین‌کاری CNC رابط‌های مهم و سطوح آب‌بندی انجام می‌شود. پس از آن، آندایزینگ، پوشش‌های تبدیل شیمیایی، نیکل الکترولس یا سایر پوشش‌های{2}}گرید هوافضا می‌آیند. توالی دقیق توسط محیط عملیاتی و الزامات گواهینامه هدایت می شود.

یک پوشش مناسب، تخلخل سطح باقیمانده را می‌بندد، سختی سطح را افزایش می‌دهد و مانعی در برابر رطوبت و محیط‌های خورنده ایجاد می‌کند. عمر خستگی اغلب در مقایسه با سطوح درمان نشده به طور قابل توجهی بهبود می یابد، به همین دلیل است که بسیاری از پروازها- حیاتی هستندقطعات پرینت سه بعدی فلزیهنوز بعد از ماشینکاری آبکاری دریافت می کنند.

یک سازنده پهپاد یک براکت ساختاری برای Sunhingstones آورد که قبلاً برای CNC بهینه شده بود اما هنوز هدف جرمی را تحت بارهای ارتعاشی از دست می داد. این تیم بهینه‌سازی توپولوژی و شبکه‌های داخلی را اعمال کردند، سپس قطعه را در AlSi10Mg چاپ کردند. پس از عملیات حرارتی، ماشینکاری رابط و آبکاری محافظ، جزء نهایی 27 درصد سبکتر شد و در عین حال تمام نیازهای ساختاری و محیطی را برآورده کرد. زمان از توقف طراحی تا اولین پرواز-سخت افزار آماده تقریباً 40 درصد در مقایسه با مسیر چند قطعه-قبلی کوتاه شده است. همان سازنده پرینت سه بعدی فلزی بعداً از اجرای{10}}تولید کم‌حجم پشتیبانی کرد و نشان داد که وقتی قابلیت ردیابی مواد و کنترل‌های فرآیند وجود داشته باشد، فرآیند می‌تواند از نمونه اولیه به سخت‌افزار تأیید شده منتقل شود.

گروه‌های تجاری متمرکز بر تکمیل سطح و ساخت هوافضا، از جمله بحث‌های زیر چتر ESTA، خاطرنشان کرده‌اند که فرآیندهای افزودنی از برنامه‌های آزمایشی به استفاده تولیدی تغییر می‌کنند. ترکیبی از توپولوژی-قطعات آلومینیومی بهینه‌شده و پردازش پست{2} مناسب، از جمله آبکاری، مکرراً به عنوان یک مسیر عملی برای سخت‌افزار پرواز سبک‌تر ذکر شده است. این شناخت نشان‌دهنده افزایش اعتماد به فناوری زمانی است که سیستم‌های کیفیت به درستی اعمال شوند.

قیمت به تنهایی فیلتر ضعیفی است. معیارهای مفید عبارتند از:

AS9100 یا گواهینامه کیفیت هوافضا معادل

قابلیت ردیابی کامل مواد و پودر

قابلیت پردازش پست کنترل شده-(عملیات حرارتی، ماشینکاری، آبکاری)

تجربه ثابت شده با پرواز یا پرواز-مانند سخت افزار

طراحی واضح-برای-راهنمایی افزودنی و چرخش نمونه اولیه معقول

امکان انتقال از نمونه اولیه به تولید کوچک-به-متوسط، از جمله عرضه عمده فروشی در صورت افزایش حجم

یک کارخانه چاپ سه بعدی فلزی که می تواند این نکات را با مثال های عینی مورد بحث قرار دهد، احتمالاً قطعاتی را تحویل می دهد که هم نیازهای مهندسی و هم نیازهای برنامه را برآورده می کند.

اگر چاپ سه بعدی فلزی را با یک جزء سبک وزن فعلی هوافضا مقایسه می کنید، گام بعدی عملی این است که هندسه و الزامات عملکرد را با یک سازنده واجد شرایط به اشتراک بگذارید. یک بررسی کوتاه طراحی معمولاً نشان می‌دهد که آیا بهینه‌سازی توپولوژی، ساختارهای شبکه یا یکپارچه‌سازی قطعات، وزن و سود مفیدی را برای آن بخش خاص ارائه می‌کند یا خیر.