תחום התעופה והחלל מתפתח במהירות בתקופה המהירה שלנו מבחינה טכנולוגית, ודיוק הייצור וקריטריוני הביצועים הולכים וגדלים. כאשר מתמודדים עם מבנים מסובכים ודרישות דיוק גבוהות עבור רכיבי מטוס, טכניקות הייצור המסורתיות מתקשות לפעמים להגיע לתוצאות מיטביות. הצגת טכנולוגיית הדפסת תלת מימד מתכת שינתה מהותית את ייצור המטוסים, שיפרה מאוד את דיוק הייצור והניעה את הפיתוח היצירתי בתעשייה.
הדפסת מתכת תלת מימדית, המכונה לפעמים ייצור תוסף מתכת, היא טכניקה לפיה דברים תלת מימדיים נוצרים על ידי ערימה שכבה אחר שכבה של אבקות מתכת או חוטים. הוא ממיס אבקת מתכת תחת קו מתאר דגם שתוכנן מראש תוך שימוש במקורות אנרגיה כמו לייזרים או קרני אלקטרונים, ולכן יוצר שכבה מוצקה של מתכת. לאחר מכן, פלטפורמת הייצור נופלת שכבה אחת, מפקידה אבקת מתכת טרייה וממשיכה לחזור על ההליך האמור לעיל עד שכל העניין נבנה. טכניקת ייצור תוסף "מאפס" מגדילה במידה ניכרת את דיוק הייצור, משיגה ייצור ישיר של רכיבים מבניים קשים, ומשתחררת לחלוטין מהמגבלות של תבניות קונבנציונליות.
טכנולוגיית הדפסת תלת מימד מתכת מוצאת בתחילה ביטוי בתעשיית המטוסים בייצור רכיבי מנוע. הביצועים של מנועי המטוס משפיעים ישירות על הביצועים הכלליים של המטוס מאחר שהם מהווים את המרכיב הבסיסי בו. טכניקת ייצור המנועים הקונבנציונלית דורשת הרבה פעולות עיבוד והרכבה מדויקות, לא רק שגוזלת זמן ועבודה, אלא גם מאתגרת להבטיח דיוק בייצור. טכנולוגיית הדפסת תלת מימד מתכת קיצרה באופן דרסטי את התהליכים עתירי העבודה הללו. טכנולוגיית הדפסת תלת מימד מתכת עשויה לייצר ישירות רכיבי מנוע בעלי מבנים מסובכים, כגון חרירי דלק, להבי טורבינה בלחץ נמוך וכו', על ידי התכה מדויקת וערימה שכבה אחר שכבה של אבקות מתכת. חלקים אלה חייבים לעמוד בטמפרטורות ולחצים גבוהים למדי בנוסף להיותם קשים בתכנון. באמצעות עיצוב אידיאלי ובחירת חומרים, טכנולוגיית הדפסת תלת מימד מתכת לא רק השיגה ביעילות ייצור מדויק של רכיבים אלה אלא גם שיפרה מאוד את חוזקם וסיבולתם. לדוגמה, למרות שמירה על חוזק ומשקל גבוהים, להבי טורבינה בלחץ נמוך המורכבים מסגסוגת TiAl הם קלים בכ-50% מסגסוגות קונבנציונליות מבוססות ניקל בטמפרטורה גבוהה, ולכן מפחיתים את המשקל של כל הטורבינה בלחץ נמוך.
מלבד חלקי מנוע, שימוש מכריע נוסף בטכנולוגיית הדפסת תלת מימד מתכת במגזר התעופה והחלל הוא עיצוב קל משקל. שיפור ביצועי המטוס תלוי בעיקר במשקל, כך שטכנולוגיית הדפסת תלת מימד מתכת משיגה עיצוב קל משקל באמצעות עיצוב מבני ובחירות חומרי רכיבים. עבור מנוע GE9X, למשל, טכנולוגיית הדפסת תלת מימד סייעה לייעל רכיבים מקוריים של מחליף חום 163 לרכיב משולב אחד, ולכן הורידה משקל ב-40%, עלויות ייצור ב-25% והארכת חיי השירות. מלבד הורדת המשקל הכולל של המטוס, ארכיטקטורה קלת משקל זו מגבירה את צריכת הדלק ומפחיתה את פליטת הפחמן.
המידה הגדולה של התאמה אישית ויעילות של טכנולוגיית הדפסת תלת מימד מתכת בהנדסת תעופה וחלל מוסיפה אפילו יתרון חשוב נוסף. בעוד שהדפסת תלת מימד מתכת עשויה להדפיס ישירות את הטופס הדרוש בהתבסס על דגמי CAD ללא עיבוד נוסף, טכניקות ייצור מסורתיות דורשות מספר רב של תבניות ומתקנים לייצור רכיבים. התאמה אישית פשוטה עם טכניקת ייצור "אחד על אחד" זו. ניתן לסיים במהירות ייצור המוני וחלקים בודדים באותה עלות. יתרה מכך, הדפסת תלת מימד מתכת מפחיתה באופן דרסטי את מחזור הייצור של הרכיבים. בעוד שהדפסת 3D מתכת עשויה להסתיים תוך שעות או אפילו דקות, ייצור של רכיב מסובך בטכניקות קונבנציונליות עשוי להימשך שבועות או אפילו חודשים. מלבד הגדלת יעילות הייצור, טכניקת ייצור יעילה זו מזרזת את כניסתם של מוצרים חדשים, וכך חוסכת זמן משמעותי לעסקים.
שיפור הדיוק של טכנולוגיית הדפסת תלת מימד מתכת בייצור מטוסים ניכר גם בייצור של רכיבים מבניים מסובכים. לרכיבי מטוס מסוימים דרישות מורכבות ודיוק גבוהות למדי, שלעיתים קשה להגיע אליהן לטכניקות ייצור קונבנציונליות. יצירה ישירה של הרכיבים המבניים המורכבים הללו ותוצאות ייצור מדויקות מובטחות מטכנולוגיות הדפסת תלת מימד מתכתיות. לצורך ייצור מנועי רקטות, למשל, טכנולוגיית הדפסת תלת מימד מתכת עשויה ליצור רכיבים בעלי תעלות קירור מורכבות שקשה להשיג אותן בטכניקות ייצור קונבנציונליות. על ידי שימוש בטכנולוגיית הדפסת תלת מימד מתכת, ניתן לווסת במדויק את ההיתוך וההצטברות של כל שכבה של אבקת מתכת, ולכן מאפשר ייצור מדויק של מבנים מורכבים.
אף על פי כן, השימוש בטכנולוגיית הדפסת תלת מימד מתכת בתעשייה האווירית מציג גם קשיים מסוימים. לדוגמה, העלות וההשקעה של ציוד הדפסה תלת מימד ממתכת הן גבוהות למדי; נדרשים מחקר ופתרונות נוספים לטיפול בבעיות כולל מתח תרמי ולחץ שיורי בתהליך של הדפסת מתכת תלת מימדית; הכנה ואחסון של אבקות מתכת צריך בקרה קפדנית של התנאים. ובכל זאת, עם היתרונות והאפשרויות המיוחדות שלה, טכנולוגיית הדפסת תלת מימד מתכת הופכת למשמעותית יותר ויותר בייצור תעופה וחלל.
https://www.china-3dprinting.com/metal-3d-printing/metal-3d-printing-piston-in-the-engine.html