Γιατί τα σύνθετα εξαρτήματα αεροδιαστημικής είναι τέλεια για τρισδιάστατη εκτύπωση; - Γνώση

Πολύπλοκα αεροδιαστημικά μέρη με εσωτερικά κανάλια, δομές πλέγματος και βελτιστοποιημένη τοπολογία-συχνά ωθούν την παραδοσιακή κατεργασία CNC στα όριά της - υψηλή σπατάλη υλικών, πολλαπλές ρυθμίσεις, μεγάλους χρόνους παράδοσης και σχέδια που είτε διακυβεύονται είτε γίνονται απαγορευτικά ακριβά. Αυτός ο οδηγός εξηγεί γιατί 3D εκτύπωση κραμάτων αλουμινίουμέσω του Selective Laser Melting (SLM) έχει γίνει μια πρακτική λύση για την παραγωγή μεταλλικών εξαρτημάτων τρισδιάστατης εκτύπωσης σε αυτές τις περιπτώσεις. Καλύπτει τους πραγματικούς περιορισμούς της συμβατικής μηχανικής κατεργασίας, τον τρόπο λειτουργίας του SLM και την ελευθερία σχεδιασμού που επιτρέπει, γιατί το AlSi10Mg ηγείται στις αεροδιαστημικές εφαρμογές, τυπικές μηχανικές ιδιότητες, ένα πραγματικό παράδειγμα, σαφείς συγκρίσεις κόστους και χρόνου παράδοσης και τις ειδικές συνθήκες υπό τις οποίες η μεταλλική τρισδιάστατη εκτύπωση υπερέχει του CNC.

Τα όρια της παραδοσιακής κατεργασίας σε σύνθετες γεωμετρίες

Το CNC παραμένει εξαιρετικό για πολλά ανταλλακτικά. Σε εξαιρετικά περίπλοκες γεωμετρίες αεροδιαστημικής, ωστόσο, τα μειονεκτήματα γίνονται προφανή:

Η πρόσβαση στο εργαλείο περιορίζει τις εσωτερικές λειτουργίες. Τα βαθιά κανάλια ή τα κλειστά πλέγματα συνήθως αναγκάζουν το τμήμα να χωριστεί και αργότερα να συναρμολογηθεί.

Οι αναλογίες αγοράς-προς-πτήσεων 10:1 έως 20:1 είναι συνηθισμένες. Στην πράξη αυτό σημαίνει συχνά ότι το 85-95% του μπιλιέτα μετατρέπεται σε τσιπς.

Οι πολλαπλές ρυθμίσεις αυξάνουν τόσο το κόστος όσο και τον κίνδυνο στοίβαξης ανοχής-.

Οι χρόνοι παράδοσης εκτείνονται όταν ο προγραμματισμός, η στερέωση και οι διαδοχικές λειτουργίες συσσωρεύονται.

Όταν η ίδια η γεωμετρία καταπολεμά τη διαδικασία, το έργο είτε επανασχεδιάζεται γύρω από τα όρια παραγωγής είτε γίνεται αδικαιολόγητα ακριβό.

What Is the Surface Roughness of Metal 3D Printing?

Πώς λειτουργεί στην πραγματικότητα η δημιουργία πρωτοτύπων εκτύπωσης SLM 3D

Το Selective Laser Melting χτίζει το μέρος στρώμα προς στρώμα από σκόνη μετάλλου. Ένα λέιζερ υψηλής ισχύος-λιώνει πλήρως τη σκόνη σύμφωνα με τα δεδομένα CAD σε φέτες. Η αχρησιμοποίητη σκόνη ανακτάται, γι' αυτό και η χρήση υλικού είναι πολύ υψηλότερη από τις μεθόδους αφαίρεσης.

Τα πρακτικά πλεονεκτήματα εμφανίζονται γρήγορα:

Τα εσωτερικά κανάλια ψύξης ή υγρών μπορούν να τοποθετηθούν ακριβώς εκεί που απαιτούν οι επιδόσεις.

Τα συμπαγή τμήματα μπορούν να αντικατασταθούν με δικτυωτές ή γυροειδείς δομές που διατηρούν την ακαμψία κατά την κοπή της μάζας.

Τα συγκροτήματα μπορούν συχνά να ενοποιηθούν σε ένα ενιαίο κομμάτι, αφαιρώντας τους συνδετήρες και τις πιθανές διαδρομές διαρροής.

Αυτοί είναι οι λόγοι που οι μηχανικοί αναζητούν όλο και περισσότερο έναν έμπειροΠρότυπη εκτύπωση SLM 3Dεργοστασιακό όταν η γεωμετρία του εξαρτήματος είναι ο κύριος περιορισμός.

Γιατί τα κράματα αλουμινίου κυριαρχούν στην τρισδιάστατη εκτύπωση μετάλλων στην αεροδιαστημική

Το AlSi10Mg παραμένει το κορυφαίο κράμα για τις περισσότερες αεροδιαστημικές εφαρμογές της τρισδιάστατης εκτύπωσης κραμάτων αλουμινίου. Προσφέρει έναν ισχυρό συνδυασμό αναλογίας αντοχής-προς-βάρους, θερμικής αγωγιμότητας και δυνατότητας εκτύπωσης.

Τυπικές μηχανικές ιδιότητες του SLM AlSi10Mg

Ιδιοκτησία	Τυπικό εύρος (όπως-κατασκευασμένο / θερμικό-επεξεργασμένο)	Πρακτικές σημειώσεις
Πυκνότητα	>99.5%	Η σχεδόν-πλήρη πυκνότητα είναι ρουτίνα με βελτιστοποιημένες παραμέτρους
Απόλυτη αντοχή σε εφελκυσμό	350–450 MPa	Εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τη θερμική επεξεργασία
Ισχύς απόδοσης	200–300 MPa	-
Επιμήκυνση	5–12%	Βελτιώνεται με την κατάλληλη θεραπεία Τ6
Κατά προσέγγιση όριο κόπωσης	70–110 MPa (όπως-κατασκευάστηκε)	Βελτιώνεται σημαντικά με το φινίρισμα της επιφάνειας και το HIP
Θερμική αγωγιμότητα	Ψηλά	Χρήσιμο για εναλλάκτες θερμότητας και εξαρτήματα θερμικής διαχείρισης

Η απόδοση κόπωσης είναι επαρκής για πολλές δευτερεύουσες δομές και αγκύλες όταν ο έλεγχος διεργασίας και η μετα{0}}επεξεργασία γίνονται σωστά. Τα πλαίσια πιστοποίησης από τη NASA, την EASA και τις ενώσεις του κλάδου συνεχίζουν να ωριμάζουν, δίνοντας στους ειδικευμένους κατασκευαστές μια πιο ξεκάθαρη διαδρομή για χρήση στην αεροδιαστημική.

Παράδειγμα περίπτωσης: Μεταλλικά 3D τυπωμένα εξαρτήματα που παραδίδονται από την Sunhingstones

Ένας πρόσφατος πελάτης της αεροδιαστημικής ήρθε σε εμάς με ένα δομικό εξάρτημα αλουμινίου που περιελάμβανε εσωτερικά πλέγματα και ομοιόμορφα κανάλια. Οι παραδοσιακές προσφορές κατεργασίας έδειξαν μεγάλους χρόνους παράδοσης και υψηλή σπατάλη υλικών. Ο σχεδιασμός θα απαιτούσε πολλαπλές ρυθμίσεις και θα εξακολουθούσε να ενέχει τον κίνδυνο σκραπ.

Κατασκευάσαμε το εξάρτημα σε AlSi10Mg χρησιμοποιώντας SLM. Αποτελέσματα:

Ενιαία-κατασκευή κοντά σε-καθαρή-παραγωγή σχήματος αντί για κατεργασία πολλαπλών-ρυθμίσεων

Ο χρόνος παράδοσης μειώθηκε από εκτιμώμενη 7–9 εβδομάδες (διαδρομή CNC) σε περίπου 2,5 εβδομάδες, συμπεριλαμβανομένης της επεξεργασίας και της επιθεώρησης μετά-

Αξιοσημείωτη μείωση βάρους μέσω σχεδίασης δικτυωτού πλέγματος που δεν θα ήταν πρακτικό για τη μηχανή

Υψηλή απόδοση πρώτου-περάσματος μετά από τυπική θερμική επεξεργασία και φινίρισμα

Ο πελάτης πέρασε από τις συζητήσεις επανασχεδιασμού στο λειτουργικό υλικό χωρίς να επιβάλλει σημαντικούς συμβιβασμούς στην αρχική γεωμετρία. Αυτό είναι το πρακτικό αποτέλεσμα που αναζητούν οι περισσότερες ομάδες όταν αναζητούν ένα αξιόπιστοΜεταλλικά 3D τυπωμένα εξαρτήματακατασκευαστής.

Πότε η τρισδιάστατη εκτύπωση έχει νόημα (και πότε δεν έχει)

Η μεταλλική τρισδιάστατη εκτύπωση δεν είναι αυτόματα καλύτερη ή φθηνότερη. Αποδίδει καλύτερα κάτω από συγκεκριμένες συνθήκες. Η παρακάτω σύγκριση αντικατοπτρίζει τυπικά αποτελέσματα που βλέπουμε σε περίπλοκες γεωμετρίες αεροδιαστημικής:

CNC εναντίον SLM για σύνθετα εξαρτήματα αεροδιαστημικής

Παράγοντας	Παραδοσιακό CNC	SLM (AlSi10Mg)	Πρακτικό πλεονέκτημα
Υλικά Απόβλητα	Συχνά 10:1 – 20:1	Συνήθως 1,1:1 – 1,5:1	SLM
Ελευθερία Σχεδιασμού	Περιορίζεται από την πρόσβαση στο εργαλείο	Υψηλό (δικτυώματα, εσωτερικά κανάλια, ενοποίηση εξαρτημάτων)	SLM
Χρόνος παράδοσης πρωτοτύπου	4–12+ εβδομάδες	1-3 εβδομάδες	SLM
Ευαισθησία κόστους	Υλικό + χρόνος κατεργασίας + στερέωση	Χρόνος μηχανής + πούδρα + μετα{2}}επεξεργασία	Εξαρτάται από τη γεωμετρία
Φινίρισμα επιφάνειας	Εξαιρετικό ως-κατεργασμένο	Απαιτεί φινίρισμα για κρίσιμες επιφάνειες	CNC
Καλύτερη εφαρμογή	Μέτρια προς υψηλή ένταση, πιο απλά σχήματα	Πολύπλοκη γεωμετρία, χαμηλού έως μεσαίου όγκου	Εξαρτάται από το πλαίσιο-

Τα απλά πρισματικά μέρη σε μεγαλύτερους όγκους εξακολουθούν να ευνοούν το CNC. Οι υβριδικές προσεγγίσεις - εκτυπώνουν ένα σχεδόν-σχήμα διχτυού και φινίρισμα-με κατεργασία μόνο των κρίσιμων επιφανειών - δίνουν συχνά το καλύτερο συνολικό αποτέλεσμα.

FAQ

Ε: Είναι το τρισδιάστατο τυπωμένο αλουμίνιο αρκετά ισχυρό για εξαρτήματα αεροδιαστημικής;

Α: Για πολλές δευτερεύουσες δομές, βραχίονες, περιβλήματα και εναλλάκτες θερμότητας, ναι - όταν η διαδικασία είναι ελεγχόμενη και η μετα{1}}επεξεργασία είναι κατάλληλη. Οι πρωτογενείς κρίσιμες δομές απαιτούν πλήρη δεδομένα πιστοποίησης.

Ε: Ποια είναι η διαφορά μεταξύ του SLM και άλλων μεθόδων τρισδιάστατης εκτύπωσης μετάλλων;

Α: Η SLM λιώνει πλήρως τη σκόνη και παράγει πυκνά μέρη κατάλληλα για δομική χρήση. Άλλες διαδικασίες, όπως η εκτόξευση συνδετικού υλικού ή η κατευθυνόμενη εναπόθεση ενέργειας εξυπηρετούν διαφορετικές ανάγκες σχετικά με το μέγεθος, το κόστος ή την επισκευή.

Ε: Πώς συγκρίνεται το κόστος πρωτοτύπων εκτύπωσης SLM 3D με το CNC;

Α: Σε περίπλοκες γεωμετρίες με υψηλές αναλογίες αγοράς-προς-πτήσης, το SLM είναι συχνά ανταγωνιστικό ή χαμηλότερο όταν ληφθούν υπόψη τα απόβλητα υλικών και οι πολλαπλές ρυθμίσεις. Στα απλά μέρη, το CNC συνήθως κερδίζει.

Ε: Μπορούν τα 3D εκτυπωμένα εξαρτήματα αλουμινίου να πιστοποιηθούν για αεροπορική χρήση;

Α: Ναι, υπό τον όρο ότι ο κατασκευαστής διατηρεί την ιχνηλασιμότητα του υλικού, τον έλεγχο της διαδικασίας και ακολουθεί τις καθιερωμένες διαδρομές πιστοποίησης.

Ε: Ποιον πρέπει να αναζητήσετε ως κατασκευαστή μεταλλικών 3D εκτυπωμένων εξαρτημάτων;

Α: Εμπειρία με-κράματα αλουμινίου ποιότητας αεροδιαστημικής, τεκμηριωμένα συστήματα ποιότητας,-κατ' οίκον επεξεργασία-και επιθεώρηση, καθώς και ιστορικό παράδοσης λειτουργικών εξαρτημάτων σύμφωνα με το χρονοδιάγραμμα.

Εάν έχετε ένα περίπλοκο εξάρτημα που προκαλεί προβλήματα με τους τρέχοντες προμηθευτές, στείλτε το σχέδιο. Θα σας δώσουμε μια άμεση αξιολόγηση για το εάν το αλουμίνιο SLM είναι η καλύτερη διαδρομή - καλύπτοντας την κατασκευαστικότητα, τις αναμενόμενες ιδιότητες, τον χρόνο παράδοσης και το κόστος - χωρίς περιττή αισιοδοξία.

Η Sunhingstones εστιάζει σε μεταλλικά 3D τυπωμένα εξαρτήματα για την αεροδιαστημική και άλλες απαιτητικές εφαρμογές. Επικοινωνήστε μαζί μας όταν η ίδια η γεωμετρία είναι ο κύριος περιορισμός.