Er metal 3D-print blevet anvendt på rumfartsforme?

1. Teknologisk tilpasningsevne: overvindelse af de fysiske og økonomiske barrierer ved konventionel produktion
Luftfartsforme skal have komplekse kanaldesign, høj-overfladebehandling med høj præcision, lette strukturer og evnen til at modstå barske forhold. Metal 3D-printteknologi opfylder alle disse behov med følgende funktioner:
Design af en kølekanal, der passer
Det typiske formkølesystem bruger boreteknologi, men det er begrænset af formens struktur. Dette kan give problemer med ujævn afkøling, der kan føre til hot spots. Metal 3D-print kan holde sig til formhulrum ved at bruge topologioptimering til at konstruere kølekanaler i enhver form. For eksempel lavede Platinum Technology en rørform til antændingsbøjning til Blue Arrow Aerospace, der bruger en konform vandvej til at reducere sprøjtestøbningscyklussen med 35 %. Produktcertificeringsprocenten er steget fra 85 % til 96 %. Denne form for teknik kan i høj grad sænke termisk stresskoncentration i forme til flymotorblade og få formen til at holde længere.
Høj-overflade og funktionel integration
Luftfartsforme har brug for meget glatte overflader, og 3D-udskrivning af metal kan få overflader med en ruhed på Ra mindre end eller lig med 0,8 μm ved at ændre lasereffekten, scanningsmetoden og pulveregenskaberne. For eksempel har hofteledsformen i titaniumlegering fremstillet af Platinum A160-printeren en mikroporøs struktur på overfladen (med en porøsitet på 60 % til 80 %), der opfylder biokompatibilitetsstandarder med det samme, så der er ikke behov for polering efter udskrivning. Metal 3D-print kan også printe med mere end ét materiale på én gang. For eksempel lavede Laser Luminescence en høj-temperaturlegering af multi-materialestøbkammerstøbning af kobber, der tilføjer et GH4169-forstærkningslag til overfladen af ​​kobbersubstratet ved hjælp af laserbeklædningsteknologi. Dette afbalancerer termisk ledningsevne og strukturel styrke.
Letvægts- og topologioptimering
For at spare energi og gøre transporten mere effektiv skal forme til rumfart være så lette som muligt, mens de stadig er stærke. Biomimetiske gitterarkitekturer og tynde-væggede forstærkninger kan hjælpe metal 3D-print med at spare mere end 30 % af dens vægt. For eksempel lavede Platinum Technology en 3D-printform til en bestemt satellitkonstruktion, der bruger et gitterdesign. Dette design reducerer vægten med 40%, mens det stadig er stærkt. Det er blevet brugt med succes på Kinas største 3D-print satellitprojekt i rummet.
Hurtigt at lave ændringer og små batches
Traditionel fremstilling af støbeforme tager flere måneder at åbne en støbeform, hvorimod metal 3D-print hurtigt kan skifte støbeformsmodeller ved at bruge "et-klik-udskrivning". Dette er vigtigt for rumfartsprodukter, fordi de har en kort iterationscyklus. For eksempel kan Wisconsin 3D-printudstyr udskrive med flere lasere på samme tid. Den kan lave 200 styk om dagen og koster 40% mindre pr styk end traditionelle metoder. Dette fremskynder forsknings- og udviklingscyklussen for nye raketmotorer meget.
2. Almindelige use cases: dækker alt fra nøglekomponenter til hele industrikæden
Metal 3D-printteknologi har fundet vej til mange vigtige områder inden for rumfartsforme og skabt en komplet procesløsning fra designverifikation til masseproduktion:
Form til motordele
Metal 3D-print bruges ofte til at lave støbeforme til væsentlige dele som turbineblade og forbrændingskamre i flymotorer. YF-75DA motortændingsbøjningsrørformen, som blev skabt af Platinum og Blue Arrow Aerospace, der arbejder sammen, reducerer risikoen for revner, der følger med standard svejsemetoder ved at bruge integreret formning. Dette gør, at formen holder mere end 50 % længere. GE Aviation anvender også 3D-print af metal til at lave forme til brændstofdyser, hvilket halverer leveringstiden og koster 30 %.
Form til strukturelle dele af rumfartøjer
At lave forme til store strukturelle dele som satellitter og raketsektioner kræver materialer, der er meget stærke og præcise i størrelse. LiM-X650-laserudstyret printede formen til et bestemt område af raketrummet. Den er sammensat af en stærk og let aluminiumslegering. Topologioptimering forbedrer den strukturelle ydeevne, og den lokale gitterstruktur er udviklet til at slippe af med ekstra dele og opfylde lette kriterier. Formen er med succes blevet brugt til at lave anden fase af Chang Ba Jia-raketkernen, hvilket i høj grad har fremskyndet produktionsprocessen.
Form til varmeveksling og varmetab
Luftfartsudstyr fungerer under meget barske forhold, og varmeafledningsforme har meget strenge præstationsstandarder. Den rene kobber varmeafledningsfinneform fremstillet af Platinum Technology har en gradienttykkelse på 0,5 mm til 1 mm. Dette, sammen med den høje termiske ledningsevne af rent kobber, gør det 40% mere effektivt til at sprede varme end typiske forme. Folk har brugt denne form for skimmelsvamp meget på steder som raketmotors trykkamre og satellit termiske kontrolsystemer.
Fastgørelse og genfremstilling af forme
Det koster meget at ordne skimmelsvampslid eller revner på rumfartsudstyr, efter at det har været brugt i længere tid. Ved hjælp af reverse engineering kan metal 3D-print hurtigt lave kopier af formhulrum. Det kan også rette lokale skader ved hjælp af grafting printteknik. For eksempel har Platinum-systemets automatiske podningssystem for dele en podningsnøjagtighed på 0,05 mm, hvilket halverer reparationsomkostningerne sammenlignet med tidligere metoder og fremskynder reparationscyklusser med 70 %.
3. At skabe et industrielt økosystem: fra store teknologiske fremskridt til store anvendelser
Den udbredte brug af metal 3D-print i flystøbebranchen er resultatet af nye ideer, der kommer fra både toppen og bunden af ​​industrikæden.
Nye ideer til værktøjer og materialer
Bolite og Huashu High Tech er to indenlandske virksomheder, der har frigivet adskillige 3D-printere i metal af industriel-kvalitet, der kan skabe enorme objekter med mange-materialer og høj-præcision. For eksempel inkluderer Platinum BLT-S1500 et synkront 26-lasersystem, der kan udskrive 10 gange hurtigere end standard enkelt-laserudstyr og fremstille rumfartsdele med en diameter på 1,5 meter. Xi'an Sailong Metal har lavet sfærisk titanlegeringspulver, der er 30% mere flydende, hvilket betyder, at det kan printes med mere nøjagtighed. AVIC Maites MT800H-udstyr kan udskrive nikkel-baserede højtemperaturlegeringer for at opfylde behovene for motorens varmekomponenter.
Sætte standarder og optimere processer
Luftfartssektoren har meget høje kriterier for skimmelkvalitet og er nødt til at sætte stramme retningslinjer for, hvordan processer afvikles. For eksempel kombinerer Platinum Technologys intelligente procesbibliotek over 100.000 sæt materialeparametre og gør det nemt at finde den bedste printløsning med blot et enkelt klik. Den industrielle-3D-printløsning i metal, der er skabt af Huashu High Tech og Siemens, bruger multi-fysisk feltkoblingsanalyse til at finde den bedste udskrivningsvej og mindske risikoen for deformation. Også virksomheder i USA er aktivt involveret i skabelsen af ​​internationale standarder som ISO/ASTM, som tilskynder til brug af teknologi på en standardiseret måde.
Nye måder at levere tjenester på
Metal 3D-printvirksomheder skifter fra "udstyrsleverandører" til "leverandører af fuld livscyklus." For eksempel bruger Bolite en IoT-platform til at advare kunder om udstyrsproblemer, diagnosticere dem på afstand og sende dem dele. Deres kunder kommer fra industrier som rumfart og bilproduktion. Huashu High Tech har skabt en alt-i-leveringsmodel af "hardware+software+tjenester" for at hjælpe kunder med at overkomme tekniske udfordringer.