1. Materialegenskaper og begrensninger
Mens aluminiumslegeringer er ganske populære, men gir mange vanskeligheter i 3D-utskriftsprosessen, er de vanligvis brukte materialene i metall 3D-utskrift titanlegeringer, høytemperaturlegeringer og kobberlegeringer. Aluminiumslegeringens lave laserabsorpsjon og gode varmeledningsevne forårsaker betydelig energitap og lav formingseffektivitet. Videre utsatt for deformasjon og spenningsakkumulering under laseravsetning er aluminiumslegeringer; derfor må ytterligere forebyggende tiltak utføres for å stoppe oppsprekking av delen.
Vanskelig å fjerne og påvirker kvaliteten på komponentene, aluminiumslegering er også utsatt for å reagere med oksygen under direkte laseravsetning for å danne høyt smeltepunkt Al ₂ O ∙. Legeringselementer med lavt kokepunkt (som Zn og Si) i aluminiumslegeringer er tilbøyelige til å brenne under laseravsetning, noe som endrer legeringssammensetningen og dermed påvirker mikrostrukturen og egenskapene til komponentene. Grensene for disse materialkvalitetene begrenser bruken av aluminiumslegeringer i 3D-utskrift av romskipsdeler.
2. Ulemper ved produksjonsmetoder
Videre med metall 3D-utskrift i seg selv kommer noen begrensninger i produksjonsprosessen. En av de mest brukte 3D-utskriftsteknologiene av metall, for eksempel, Laser Powder Bed Melting (L-PBF) teknologi har ganske lav produksjonseffektivitet, spesielt i etterbehandlingsoperasjoner som involverer intrikate geometriske deler. Under CNC-bearbeiding, jo vanskeligere det er å identifisere og klemme, desto mer komplisert er den geometriske formen til arbeidsstykket, og øker derfor produksjonskostnadene og tiden involvert.
I tillegg produseres det under 3D-utskriftsprosessen for metall, røyk og sprut, som kan påvirke gjenbruk av pulver og øke produksjonskostnadene. Ytelsen og kvaliteten til de ferdige produktene er mye påvirket av etterbehandlingshandlinger, inkludert fjerning av partikler, varmebehandling, maskinering og overflatepolering. Spesielt for intrikate strukturelle komponenter skapt av pulverbedsmelting, er fjerningsteknikkene for prosessstøtte få, og tang brukes ofte for fjerning, noe som øker faren for deformasjon og skade på delene og kompliserer garantien for kvalitetskonsistens.
3. Retningslinjer og vansker for fysisk ytelse
Lav tetthet, stor elastisitetsmodul, sterk styrke og stor seighet definerer svært høye fysiske ytelsesstandarder for romfartøyskomponenter. Disse kriteriene begrenser valget av metall 3D-utskriftsmateriale og designtilnærming. For eksempel, selv om aluminiumslegering har lav tetthet, gjør de fysiske begrensningene under 3D-utskriftsprosessen det utfordrende å tilfredsstille kriteriene for høy styrke og stor seighet.
Videre krever langsiktig drift av romfartøyskomponenter i bane robuste miljøforhold, inkludert høy temperatur, lav temperatur, vakuum og stråling. Disse miljøelementene stiller ganske høye forventninger til materialstabilitet. Endringer i materialets mikrostruktur og fasesammensetning kan skyldes 3D-utskrift av metall, og derfor påvirke dets langsiktige stabilitet og pålitelighet.
4. Bekymringer om teknisk sertifisering og modenhetsgrad
Selv om 3D-utskriftsteknologi av metall har brede bruksmuligheter i design av romfartøykomponenter, må den teknologiske utviklingen fortsatt forbedres. Mangel på sertifisering gjør mange additive produksjonslegeringer utfordrende for romfartssektoren å bli omfavnet. Sertifiseringsprosedyren byr på utfordringer for fremskritt og bruk av nye teknologier siden den krever tid og mye eksperimentell data å støtte.
Samtidig er valget av metall 3D-utskriftsteknikk en vanskelig oppgave. Designelementer, prosessinnganger, prosessbegrensninger, metallurgiske og geometriske hensyn blant andre faktorer bør alle tas i betraktning. Disse elementene samhandler for å komplisere og utfordre prosessvalg.
5. Retning for fremtidig utvikling
Selv om 3D-utskrift av metall har flere fysiske begrensninger, er bruksmulighetene i romfartøykomponentdesign fortsatt ganske brede. Følgende kan være en del av fremtidig utviklingsretning:
Utvikling av ferske materialer: Lag ferske materialer som passer bedre for 3D-utskrift, inkludert titanlegeringer, høytemperaturlegeringer og høyytelses aluminiumslegeringer. Utmerkede fysiske og bearbeidende kvaliteter til disse nye materialene bør bidra til å tilfredsstille de strenge behovene til romskipskomponenter.
Prosessforbedring: Forbedring av dagens 3D-utskriftsteknikker vil bidra til å øke komponentkvaliteten og produksjonseffektiviteten. For eksempel kan formingseffektiviteten og ytelsen til deler økes ved å maksimere laserparametere, pulveregenskaper og etterbehandlingsteknikker.
Teknisk sertifisering er Etabler et helt sertifiseringssystem og standarder, så styrking av sertifiseringsinnsatsen for metall 3D-utskriftsteknologi. Dette vil støtte implementering og spredning av ferske teknologier i romfartssektoren.
Styrke det tverrfaglige samarbeidet innen domener, inkludert materialvitenskap, maskinteknikk og informatikk for å samarbeide om de fysiske begrensningene og teknologiske hindringene ved metall 3D-utskrift i romfartøyskomponentdesign.
https://www.china-3dprinting.com/metal-3d-printing/metal-3d-printed-racing-parts.html