Har metall 3D-utskrift blitt brukt på romfartsformer?

1. Teknologisk tilpasningsevne: å overvinne de fysiske og økonomiske barrierene for konvensjonell produksjon
Luftfartsformer må ha komplekse kanaldesign, høy-overflatebehandling med høy presisjon, lette strukturer og evnen til å tåle tøffe forhold. Metall 3D-utskriftsteknologi oppfyller alle disse behovene med følgende funksjoner:
Design av kjølekanal som passer
Det typiske formkjølesystemet bruker boreteknologi, men det er begrenset av formens struktur. Dette kan gi problemer med ujevn kjøling som kan føre til varme flekker. 3D-utskrift av metall kan feste seg til formhulrom ved å bruke topologioptimalisering for å konstruere kjølekanaler i hvilken som helst form. For eksempel laget Platinum Technology en tenningsbend-rørform for Blue Arrow Aerospace som bruker en konform vannvei for å kutte sprøytestøpesyklusen med 35 %. Produktsertifiseringsraten har gått opp fra 85 % til 96 %. Denne typen teknikk kan redusere termisk spenningskonsentrasjon i støpeformer for flymotorblader og få støpeformen til å vare lenger.
Høy-overflate og funksjonell integrering
Luftfartsformer trenger veldig glatte overflater, og 3D-utskrift av metall kan få overflater med en ruhet på Ra mindre enn eller lik 0,8 μm ved å endre laserkraft, skannemetode og pulveregenskaper. For eksempel har hofteleddformen i titanlegering laget av Platinum A160-skriveren en mikroporøs struktur på overflaten (med en porøsitet på 60 % til 80 %) som oppfyller biokompatibilitetsstandarder umiddelbart, og dermed er det ikke behov for polering etter utskrift. Dessuten kan 3D-utskrift av metall skrive ut med mer enn ett materiale samtidig. For eksempel laget Laser Luminescence en kobberstøpkammerform med høy-temperaturlegering i{10}}materiale som legger til et GH4169-forsterkningslag til overflaten av kobbersubstratet ved hjelp av laserkledningsteknologi. Dette balanserer termisk ledningsevne og strukturell styrke.
Lettvekt og topologioptimalisering
For å spare energi og gjøre transport mer effektiv, må romfartsformer være så lette som mulig samtidig som de er sterke. Biomimetiske gitterarkitekturer og tynne-vegger kan hjelpe 3D-utskrift av metall med å spare mer enn 30 % av vekten. For eksempel laget Platinum Technology en 3D-utskriftsform for en viss satellittkonstruksjon som bruker et gitterdesign. Denne designen reduserer vekten med 40 % samtidig som den er sterk. Den har blitt brukt med suksess på Kinas største 3D-utskriftssatellittprosjekt i verdensrommet.
Gjør raskt endringer og små partier
Tradisjonell støpeformproduksjon tar flere måneder å åpne en støpeform, mens 3D-utskrift av metall raskt kan bytte støpeformmodeller ved å bruke alternativet "ett klikk utskrift". Dette er viktig for romfartsprodukter fordi de har en kort iterasjonssyklus. For eksempel kan Wisconsin 3D-utskriftsutstyr skrive ut med flere lasere samtidig. Den kan lage 200 stykker om dagen og koster 40 % mindre per stykke enn tradisjonelle metoder. Dette fremskynder forsknings- og utviklingssyklusen for nye rakettmotorer mye.
2. Vanlige brukstilfeller: dekker alt fra nøkkelkomponenter til hele bransjekjeden
Metall 3D-utskriftsteknologi har gjort sin vei inn i mange viktige områder av romfartsformer, og skapt en komplett prosessløsning fra designverifisering til masseproduksjon:
Form for motordeler
3D-utskrift av metall brukes ofte til å lage former for essensielle deler som turbinblader og forbrenningskamre i flymotorer. YF-75DA motortenningsrørformen, som ble laget av Platinum og Blue Arrow Aerospace i samarbeid, reduserer risikoen for sprekker som følger med standard sveisemetoder ved å bruke integrert forming. Dette gjør at formen varer mer enn 50 % lenger. GE Aviation bruker også 3D-utskrift av metall for å lage former for drivstoffdyser, noe som halverer leveringstiden og koster med 30 %.
Form for strukturelle deler av romfartøy
Å lage former for store strukturelle deler som satellitter og rakettseksjoner trenger materialer som er veldig sterke og presise i størrelse. LiM-X650-laserutstyret trykket formen for et bestemt område av rakettrommet. Den er sammensatt av en sterk og lett aluminiumslegering. Topologioptimalisering forbedrer den strukturelle ytelsen, og den lokale gitterstrukturen er utviklet for å kvitte seg med ekstra deler og oppfylle lette kriterier. Formen har blitt brukt til å lage den andre fasen av Chang Ba Jia-rakettkjernen, noe som har fremskyndet produksjonsprosessen betraktelig.
Form for varmeveksling og varmetap
Luftfartsutstyr fungerer under svært tøffe forhold, og varmeavledningsformer har svært strenge ytelsesstandarder. Den rene kobbervarmeavledningsformen laget av Platinum Technology har en gradienttykkelse på 0,5 mm til 1 mm. Dette, sammen med den høye termiske ledningsevnen til rent kobber, gjør den 40 % mer effektiv til å spre varme enn typiske former. Folk har brukt denne typen mugg mye på steder som rakettmotortrykkkammer og satellitt-termiske kontrollsystemer.
Feste og reprodusere støpeformer
Det koster mye å fikse muggslitasje eller sprekker på romfartsutstyr etter at det har vært brukt i lang tid. Ved å bruke omvendt konstruksjon kan 3D-utskrift av metall raskt lage kopier av formhulrom. Det kan også fikse lokal skade ved hjelp av grafting-trykkteknikk. For eksempel har Platinum-systemets automatiske podesystem for deler en podingsnøyaktighet på 0,05 mm, noe som halverer reparasjonskostnadene sammenlignet med tidligere metoder og øker reparasjonssyklusene med 70 %.
3. Skape et industrielt økosystem: fra store teknologiske fremskritt til store bruksområder
Den utbredte bruken av metall 3D-utskrift i romfartsformbransjen er et resultat av nye ideer som kommer fra både toppen og bunnen av industrikjeden.
Nye ideer til verktøy og materialer
Bolite og Huashu High Tech er to innenlandske selskaper som har lansert flere industrielle-3D-skrivere i metall av metall som kan lage enorme objekter med mange-materialer og høy-presisjon. For eksempel inkluderer Platinum BLT-S1500 et 26-lasersynkront skanningssystem som kan skrive ut 10 ganger raskere enn standard enkelt-laserutstyr og lage romfartsdeler med en diameter på 1,5 meter. Xi'an Sailong Metal har laget sfærisk titanlegeringspulver som er 30 % mer flytbart, noe som betyr at det kan skrives ut med mer nøyaktighet. AVIC Maites MT800H-utstyr kan skrive ut nikkel-baserte høytemperaturlegeringer for å møte behovene til motorens varmekomponenter.
Sette standarder og optimalisere prosesser
Luftfartssektoren har svært høye kriterier for muggkvalitet og må sette stramme retningslinjer for hvordan prosesser drives. Platinum Technologys intelligente prosessbibliotek kombinerer for eksempel over 100 000 sett med materialparametere og gjør det enkelt å finne den beste utskriftsløsningen med bare ett klikk. Den industrielle-3D-utskriftsløsningen i metall laget av Huashu High Tech og Siemens bruker multi-fysisk feltkoblingsanalyse for å finne den beste utskriftsveien og redusere risikoen for deformasjon. Også selskaper i USA er aktivt involvert i etableringen av internasjonale standarder som ISO/ASTM, som oppmuntrer til bruk av teknologi på en standardisert måte.
Nye måter å yte tjenester på
Metall 3D-utskriftsselskaper endrer seg fra «utstyrsleverandører» til «full lifecycle service providers». Bolite bruker for eksempel en IoT-plattform for å advare kunder om utstyrsproblemer, diagnostisere dem langveisfra og sende dem deler. Kundene deres kommer fra bransjer som romfart og bilproduksjon. Huashu High Tech har laget en alt-i-leveringsmodell av "maskinvare+programvare+tjenester" for å hjelpe kunder med å overvinne tekniske utfordringer.