האם יושמה הדפסת מתכת בתלת מימד על תבניות תעופה וחלל?

1. הסתגלות טכנולוגית: התגברות על החסמים הפיזיים והפיננסיים של הייצור הקונבנציונלי
תבניות תעופה וחלל צריכות להיות עם עיצובי תעלות מורכבים, טיפול במשטח-דיוק גבוה, מבנים קלים ויכולת לעמוד בתנאים קשים. טכנולוגיית הדפסת תלת מימד מתכת עונה על כל הצרכים הללו עם התכונות הבאות:
עיצוב תעלת קירור מתאימה
מערכת קירור התבנית הטיפוסית משתמשת בטכנולוגיית קידוח, אך היא מוגבלת על ידי מבנה התבנית. זה יכול ליצור בעיות עם קירור לא אחיד שיכול להוביל לנקודות חמות. הדפסת תלת מימד מתכת עשויה להיצמד לחללי עובש על ידי שימוש באופטימיזציה של טופולוגיה לבניית תעלות קירור בכל צורה שהיא. לדוגמה, טכנולוגיית פלטינום יצרה תבנית צינור לכיפוף הצתה עבור Blue Arrow Aerospace שמשתמשת בנתיב מים קונפורמי כדי לחתוך את מחזור ההזרקה ב-35%. שיעור הסמכת המוצר עלה מ-85% ל-96%. סוג זה של טכניקה יכולה להוריד מאוד את ריכוז המתח התרמי בתבניות עבור להבי מנועי מטוסים ולגרום לתבנית להחזיק מעמד זמן רב יותר.
משטח-דיוק גבוה ושילוב פונקציונלי
תבניות תעופה וחלל זקוקות למשטחים חלקים מאוד, והדפסת מתכת תלת-ממדית עשויה לקבל משטחים עם חספוס של Ra פחות או שווה ל-0.8 מיקרומטר על ידי שינוי עוצמת הלייזר, שיטת הסריקה ומאפייני האבקה. לדוגמה, לתבנית מפרק הירך מסגסוגת טיטניום מתוצרת מדפסת Platinum A160 יש מבנה מיקרו-נקבי על פני השטח (עם נקבוביות של 60% עד 80%) הממלא מיד את תקני התאימות הביולוגית, ולכן אין צורך בליטוש לאחר ההדפסה. כמו כן, הדפסת תלת מימד מתכת יכולה להדפיס עם יותר מחומר אחד בו זמנית. לדוגמה, Laser Luminescence ייצרה תבנית תאי דחף של-נחושת בטמפרטורה גבוהה-בטמפרטורה גבוהה-, המוסיפה שכבת חיזוק של GH4169 לפני השטח של מצע הנחושת באמצעות טכנולוגיית חיפוי לייזר. זה מאזן מוליכות תרמית וחוזק מבני.
אופטימיזציה של קל משקל וטופולוגיה
כדי לחסוך באנרגיה ולהפוך את התחבורה ליעילה יותר, תבניות תעופה וחלל צריכות להיות קלות ככל האפשר ועדיין חזקות. ארכיטקטורות סריג ביומימטיות וחיזוק דפנות-דקים יכולים לעזור להדפסת תלת-ממד מתכת לחסוך יותר מ-30% ממשקלה. לדוגמה, טכנולוגיית פלטינום יצרה תבנית הדפסה תלת מימדית עבור מבנה לוויין מסוים המשתמש בעיצוב סריג. עיצוב זה מקצץ את המשקל ב-40% כשהוא עדיין חזק. הוא שימש בהצלחה בפרויקט הגדול ביותר של סין להדפסת 3D לווין בחלל.
ביצוע מהיר של שינויים ואצוות קטנות
ייצור תבניות מסורתי לוקח מספר חודשים כדי לפתוח תבנית, בעוד שהדפסת תלת מימד מתכת יכולה להחליף במהירות דגמי תבניות באמצעות אפשרות "הדפסה בלחיצה אחת". זה חשוב למוצרי תעופה וחלל מכיוון שיש להם מחזור איטרציה קצר. לדוגמה, ציוד הדפסת תלת מימד של ויסקונסין יכול להדפיס עם מספר לייזרים בו זמנית. זה יכול לייצר 200 חתיכות ביום ועולה 40% פחות לכל חתיכה מאשר שיטות מסורתיות. זה מאיץ בהרבה את מחזור המחקר והפיתוח של מנועי רקטות חדשים.
2. מקרי שימוש נפוצים: מכסים הכל, החל ממרכיבי מפתח ועד לשרשרת התעשייה כולה
טכנולוגיית הדפסת תלת מימד מתכת עשתה את דרכה לתחומים חשובים רבים של תבניות תעופה וחלל, ויצרה פתרון תהליך שלם מאימות עיצוב ועד ייצור המוני:
תבנית לחלקי מנוע
הדפסת תלת מימד מתכת משמשת לעתים קרובות לייצור תבניות עבור חלקים חיוניים כמו להבי טורבינה ותאי בעירה במנועי מטוסים. תבנית צינור ההצתה של מנוע YF-75DA, שנוצרה על ידי פלטינום וחץ Aerospace בשיתוף פעולה, מפחיתה את הסיכון לסדקים שמגיעים עם שיטות ריתוך סטנדרטיות על ידי שימוש בעיצוב משולב. זה גורם לתבנית להחזיק יותר מ-50% יותר. GE Aviation משתמשת גם בהדפסת מתכת תלת מימדית לייצור תבניות עבור חרירי דלק, מה שמקצר את זמני האספקה ​​בחצי ועלות ב-30%.
תבנית עבור חלקים מבניים של חללית
הכנת תבניות עבור חלקי מבנה גדולים כמו לוויינים וקטעי רקטות זקוקה לחומרים חזקים מאוד ומדויקים בגודלם. ציוד הלייזר LiM-X650 הדפיס את התבנית עבור אזור מסוים של תא הרקטות. הוא מורכב מסגסוגת אלומיניום חזקה וקלת משקל. אופטימיזציה של טופולוגיה משפרת את הביצועים המבניים, ומבנה הסריג המקומי פותח כדי להיפטר מחלקים נוספים ולעמוד בקריטריונים קלים. התבנית שימשה בהצלחה לייצור השלב השני של ליבת הרקטה Chang Ba Jia, מה שהאיץ מאוד את תהליך הייצור.
תבנית לחילופי חום ואיבוד חום
ציוד תעופה וחלל עובד בתנאים קשים מאוד, ולתבניות פיזור חום יש תקני ביצוע מחמירים מאוד. לתבנית פיזור החום הנחושת הטהורה מתוצרת Platinum Technology יש עובי שיפוע של 0.5 מ"מ עד 1 מ"מ. זה, יחד עם המוליכות התרמית הגבוהה של נחושת טהורה, הופך אותה ליעילה יותר בפיזור חום ב-40% מאשר תבניות טיפוסיות. אנשים השתמשו בסוג זה של עובש הרבה במקומות כמו תאי דחף של מנועי רקט ומערכות בקרה תרמית לוויינית.
תיקון וייצור מחדש של תבניות
זה עולה הרבה לתקן בלאי עובש או סדקים בציוד תעופה וחלל לאחר שהיה בשימוש זמן רב. באמצעות הנדסה לאחור, הדפסת תלת מימד מתכת יכולה ליצור במהירות עותקים של חללי עובש. זה יכול גם לתקן נזק מקומי באמצעות טכניקת הדפסת השתלה. לדוגמה, למערכת ההשתלה האוטומטית של מערכת פלטינום לחלקים יש דיוק השתלה של 0.05 מ"מ, מה שמפחית את עלויות התיקון בחצי בהשוואה לשיטות קודמות ומאיץ את מחזורי התיקון ב-70%.
3. יצירת מערכת אקולוגית תעשייתית: מהתקדמות טכנולוגית גדולה ועד לשימושים גדולים
השימוש הנרחב בהדפסת תלת מימד מתכת בעסקי תבניות התעופה והחלל הוא תוצאה של רעיונות חדשים המגיעים הן מהחלק העליון והן מלמטה של ​​שרשרת התעשייה.
רעיונות חדשים לכלים וחומרים
Bolite ו-Huashu High Tech הן שתי חברות מקומיות שפרסמו כמה מדפסות תלת-ממד מתכת-תעשייתיות שיכולות ליצור אובייקטים ענקיים, מרובי-חומרים ודיוק- גבוה. לדוגמה, Platinum BLT-S1500 כולל מערכת סריקה סינכרונית של 26-לייזר שיכולה להדפיס פי 10 מהר יותר מציוד לייזר יחיד-סטנדרטי וליצור חלקי תעופה וחלל בקוטר של 1.5 מטר. Xi'an Sailong Metal יצרה אבקת סגסוגת טיטניום כדורית הניתנת לזרימה ב-30% יותר, מה שאומר שניתן להדפיס אותה בדיוק רב יותר. ציוד ה-MT800H של AVIC Maite יכול להדפיס סגסוגות-על בסיס ניקל בטמפרטורה גבוהה כדי לענות על הצרכים של רכיבי קצה חמים של המנוע.
הגדרת סטנדרטים ואופטימיזציה של תהליכים
למגזר התעופה והחלל יש קריטריונים גבוהים מאוד לאיכות עובש וצריך לקבוע קווים מנחים נוקשים לאופן ניהול התהליכים. לדוגמה, ספריית התהליכים החכמה של Platinum Technology משלבת למעלה מ-100,000 סטים של פרמטרים של חומרים ומקלה למצוא את פתרון ההדפסה הטוב ביותר בלחיצה אחת בלבד. פתרון ההדפסה התלת-ממדית של מתכת-תעשייתית שנוצרה על ידי Huashu High Tech וסימנס משתמש בניתוח צימוד שדות מרובה-בפיזיקה כדי למצוא את נתיב ההדפסה הטוב ביותר ולהוריד את הסיכון לעיוותים. כמו כן, חברות בארה"ב מעורבות באופן פעיל ביצירת תקנים בינלאומיים כמו ISO/ASTM, המעודדים שימוש בטכנולוגיה בצורה סטנדרטית.
דרכים חדשות לספק שירותים
חברות הדפסת תלת מימד מתכת עוברות מ"ספקי ציוד" ל"ספקי שירות במחזור חיים מלא". לדוגמה, Bolite משתמש בפלטפורמת IoT כדי להזהיר לקוחות על בעיות בציוד, לאבחן אותן מרחוק ולשלוח להם חלקים. הלקוחות שלהם מגיעים מתעשיות כמו תעופה וחלל וייצור רכב. Huashu High Tech יצרה מודל מסירה הכל-ב-אחד של "חומרה+תוכנה+שירותים" כדי לעזור ללקוחות להתגבר על אתגרים טכניים.