Aluminju u Titanju: Għażliet Eċċellenti għall-Manifattura Addittiva Aerospazjali

Ibbażat fuq il-perspettiva ta 'esplorazzjoni u żvilupp xjentifiku avvanzat, Science darba ppubblikat artiklu li jindika li l-industrija moderna teħtieġ materjali strutturali li jkollhom saħħa għolja, toughness tal-ksur, u ebusija, u fl-istess ħin tnaqqas il-piż kemm jista' jkun. F'dan il-każ, ligi ħfief ta 'saħħa għolja rappreżentati minn aluminju u titanju, u ligi reżistenti għas-sħana li jifilħu tagħbija rappreżentati minn superligi bbażati fuq Ni saru wieħed mill-materjali ewlenin żviluppati fil-pjanijiet ta' riċerka u żvilupp ta 'materjali ġodda f'diversi pajjiżi, u huma wkoll fil-proċess ta 'manifattura ta' addittivi tal-laser. Materjal applikat importanti.

Vantaġġi u differenzi bejn titanju u aluminju

Liga tal-aluminju u liga tat-titanju, minħabba d-densità baxxa eċċellenti u s-saħħa strutturali tagħhom, jintużaw ħafna fl-ajruspazju, karozzi, manifattura ta 'makkinarju, u oqsma oħra, kemm jekk jużaw stampar 3D jew ipproċessar CNC, speċjalment fl-industrija tal-avjazzjoni. Huwa l-materjal strutturali ewlieni tal-industrija tal-avjazzjoni.

Kemm it-titanju kif ukoll l-aluminju huma ħfief, iżda għad hemm differenzi bejn it-tnejn. Għalkemm it-titanju huwa madwar żewġ terzi itqal mill-aluminju, is-saħħa inerenti tiegħu tfisser li s-saħħa meħtieġa tista 'tinkiseb bl-użu ta' inqas. Ligi tat-titanju jintużaw ħafna f'magni bil-ġett tal-ajruplani u diversi tipi ta 'vetturi spazjali, u s-saħħa u d-densità baxxa tagħhom jistgħu jnaqqsu l-ispejjeż tal-fjuwil. Id-densità tal-liga tal-aluminju hija biss terz ta 'dik tal-azzar, u hija l-aktar materjal ħafif użat u komuni għall-karozzi f'dan l-istadju. Studji wrew li ligi tal-aluminju jistgħu jintużaw f'vettura sa 540kg. Bi tnaqqis ta '40 fil-mija fil-piż, il-korp kollu ta' l-aluminju ta 'Audi, Toyota, u vetturi tad-ditta oħra huwa eżempju tajjeb.

Proprjetajiet materjali ta 'aluminju u titanju

Peress li ż-żewġ materjali għandhom saħħa għolja u densità baxxa, differenzi oħra għandhom jiġu kkunsidrati meta jiġi deċiż liema liga tuża.

Qawwa/Piż: F'sitwazzjonijiet kritiċi, kull gramma ta 'parti tgħodd, iżda jekk tkun meħtieġa parti ta' saħħa ogħla, it-titanju huwa l-aħjar għażla. Għal din ir-raġuni, il-ligi tat-titanju jintużaw fil-manifattura ta 'apparati / impjanti mediċi, assemblaġġi kumplessi tas-satellita, attrezzaturi, u stents, fost oħrajn.

Spiża: L-aluminju huwa l-aktar metall kosteffettiv għall-magni jew l-istampar 3D; titanju huwa għali iżda xorta jista 'jsuq qabża fil-valur. L-iffrankar tal-fjuwil ta 'partijiet ħfief għal inġenju tal-ajru jew vettura spazjali se jkun enormi, filwaqt li l-partijiet tat-titanju se jdumu aktar.

Proprjetajiet termali: Ligi tal-aluminju għandhom konduttività termali għolja u ħafna drabi jintużaw biex jagħmlu radjaturi; għal applikazzjonijiet ta 'temperatura għolja, il-punt tat-tidwib għoli tat-titanju jagħmilha aktar adattata, u l-magni tal-ajru fihom numru kbir ta' komponenti ta 'liga tat-titanju.

Reżistenza għall-korrużjoni: Kemm l-aluminju kif ukoll it-titanju għandhom reżistenza eċċellenti għall-korrużjoni.

Ir-reżistenza għall-korrużjoni tat-titanju u r-reattività baxxa jagħmluha l-aktar metall bijokompatibbli, u tintuża ħafna f'applikazzjonijiet mediċi bħal strumenti kirurġiċi. Ti64 jirreżisti wkoll ambjenti mielħa sew u spiss jintuża f'applikazzjonijiet tal-baħar.

Ligi tal-aluminju u ligi tat-titanju huma komuni ħafna fl-applikazzjonijiet aerospazjali. Liga tat-titanju għandha qawwa għolja u densità baxxa (madwar 57 fil-mija biss ta 'l-azzar), u s-saħħa speċifika tagħha (saħħa/densità) hija ħafna akbar minn dik ta' materjali strutturali oħra tal-metall. Jista 'jipproduċi partijiet b'saħħa ta' unità għolja, riġidità tajba, u ħfief. Ligi tat-titanju jistgħu jintużaw f'komponenti tal-magni tal-inġenji tal-ajru, skeletri, ġlud, qfieli, u tagħmir tal-inżul. Id-dejta ta 'referenza tat-teknoloġija tal-istampar 3D sabet li l-ligi tal-aluminju huma adattati biex jaħdmu f'ambjent taħt il-200 grad C. Il-materjal tal-aluminju użat fil-korp tal-Airbus A380 jammonta għal aktar minn 1/3, u s-C919 juża wkoll numru kbir ta' high- konvenzjonali. prestazzjoni materjali liga tal-aluminju. Ġlud tal-inġenji tal-ajru, paratiji, kustilji, eċċ jistgħu jkunu magħmula minn ligi tal-aluminju.

Manifattura Addittiva tat-titanju u l-Industrija Aerospazjali

Kif jindika l-2019 Global Aerospace and Defense Industry Outlook ippubblikat minn Deloitte, hekk kif l-industrija aerospazjali u tad-difiża qed tkompli tikber, hekk ukoll id-domanda tal-produzzjoni. U, meta tfassal għal applikazzjonijiet aerospazjali u ta 'difiża, l-għażla tal-materjal hija kritika. Għal komponenti off-the-ground, it-tnaqqis tal-għadd tal-komponenti u l-piż huwa essenzjali. F'dawn iż-żoni, kull 1g ta 'telf ta' piż jista 'jġib benefiċċji kbar.

It-titanju għandu punt ta 'tidwib estremament għoli, aktar minn 1600 grad, u huwa wkoll tipikament materjal diffiċli għall-magni, li hija r-raġuni ewlenija għaliex jiswa aktar minn metalli oħra. Ti6Al4V bħalissa huwa l-aktar materjal ta 'liga tat-titanju użat. Huwa mhux biss ħafif fil-piż, iżda għandu wkoll saħħa għolja u reżistenza għat-temperatura għolja. Dawn il-karatteristiċi jagħmluha popolari ħafna fil-qasam aerospazjali. Applikazzjonijiet komuni jinkludu l-manifattura ta 'xfafar, diski, kisi, u partijiet oħra għat-taqsima b'temperatura baxxa ta' fannijiet u kompressuri tal-magna, b'firxa ta 'temperatura operattiva ta' 400-500 grad; użat ukoll fil-manifattura ta 'komponenti ta' qafas ta 'l-ajru u kapsuli, kaxxi ta' magni rokit u ħelikopters Rotor hubs, eċċ Madankollu, minkejja r-reżistenza għat-temperatura għolja u l-korrużjoni tiegħu, it-titanju għandu konduttività elettrika fqira, li jagħmilha għażla fqira għal applikazzjonijiet elettriċi. It-titanju huwa wkoll aktar għali meta mqabbel ma 'metalli ħfief oħra bħall-aluminju.

Użi tat-titanju fl-Industrija Aerospazjali

L-użu tat-teknoloġija tal-manifattura addittiva jwassal għat-tnaqqis tal-ispejjeż tal-ipproċessar u l-ħela tal-materja prima, li għandha vantaġġi ekonomiċi sinifikanti. Ligi bbażati fuq it-titanju huma wkoll is-sistemi ta 'liga l-aktar sistematiċi u maturi għar-riċerka tal-manifattura addittiva. Komponenti ta 'liga tat-titanju manifatturati b'mod addittiv intużaw bħala strutturi li jifilħu t-tagħbija fil-qasam aerospazjali. Skont l-istħarriġ tar-referenzi tat-teknoloġija tal-istampar 3D, Aero Met Company tal-Istati Uniti bdiet tipproduċi biċċiet tat-test strutturali li jġorru sub-tagħbija ta' liga tat-titanju għal ġlied/attakk kombinat ibbażat fuq it-trasportatur Boeing F/A-18E/F inġenji tal-ajru f'lottijiet żgħar fl-2001 u ħadu t-tmexxija fit-twettiq tal-liga tat-titanju LMD fl-2002. L-applikazzjoni ta 'partijiet strutturali sekondarji li jġorru tagħbija fuq il-magna tal-verifika F/A-18. L-Università ta 'Beijing ta' l-Aeronawtika u l-Astronawtika għamlet skoperti fit-teknoloġija ewlenija tal-manifattura addittiva tal-laser ta 'ligi tat-titanju. Il-proprjetajiet mekkaniċi komprensivi tal-ligi jaqbżu b'mod sinifikanti dawk tal-forġa. Il-frejms tal-liga tat-titanju tal-bearing prinċipali fuq skala kbira u komponenti oħra żviluppati ġew installati u applikati fuq inġenji tal-ajru. Northwestern Polytechnical University użat teknoloġija tal-manifattura tal-addittivi tal-laser biex timmanifattura l-kampjuni tal-istrixxa tat-tarf ta 'fuq u t'isfel tal-kustilja tal-ġwienaħ ċentrali tal-ajruplan C919 għal COMAC, b'daqs ta' 3000mm × 350mm × 450mm u massa ta '196kg.

Ligi bbażati fuq l-aluminju għandhom densità baxxa, saħħa speċifika għolja, reżistenza qawwija għall-korrużjoni, formabbiltà tajba, u proprjetajiet fiżiċi u mekkaniċi tajbin. Huma l-aktar materjali strutturali tal-metall mhux tal-ħadid użati fl-industrija. Għall-manifattura tal-addittivi tal-lejżer, materjali bbażati fuq l-aluminju huma tipikament materjali diffiċli għall-magni, li huma determinati mill-proprjetajiet fiżiċi speċjali tagħhom (densità baxxa, assorbiment baxx tal-laser, konduttività termali għolja, ossidazzjoni faċli, eċċ.). Mil-lat tal-proċess tal-iffurmar tal-manifattura addittiva, id-densità tal-liga tal-aluminju hija relattivament żgħira, il-fluwidità tat-trab hija relattivament fqira, l-uniformità tat-tqegħid fuq is-sodda tat-trab li jiffurmaw SLM hija fqira, jew il-kontinwità tat-trasport tat-trab fl-LMD proċess huwa fqir. Għalhekk, il-preċiżjoni u l-eżattezza tas-sistema tat-tixrid tat-trab/tmigħ tat-trab fit-tagħmir tal-manifattura tal-addittivi tal-lejżer huma relattivament għoljin.

Fil-preżent, il-ligi tal-aluminju użati fil-manifattura addittiva huma prinċipalment ligi Al-Si, fosthom AlSi10Mg u AlSi12 bi fluwidità tajba ġew studjati b'mod wiesa '. Madankollu, minħabba n-natura materjali tal-liga ta 'aluminju fondut liga Al-Si, għalkemm hija ppreparata minn proċess ta' manifattura ta 'addittiv tal-laser ottimizzat, is-saħħa tat-tensjoni hija diffiċli biex taqbeż l-400MPa, li tillimita l-prestazzjoni tas-servizz tagħha fl-ajruspazju u oqsma oħra. Użu fuq membri li jġorru tagħbija għolja.

L-ammont ta 'liga tal-aluminju użata fl-ajruplani huwa għoli daqs 20 fil-mija

Sabiex ikomplu jiksbu proprjetajiet mekkaniċi ogħla, ħafna kumpaniji u universitajiet fid-dar u barra minn Malta aċċelleraw il-pass tar-riċerka u l-iżvilupp f'dawn l-aħħar snin, u ġew elenkati numru kbir ta 'ligi tal-aluminju ta' saħħa għolja ddedikati għall-manifattura addittiva. Airbus żviluppat Scalmalloy, l-ewwel materjal ta 'trab ta' liga ta 'l-aluminju ta' qawwa għolja fid-dinja għall-manifattura addittiva, b'saħħa tensili ta '520MPa f'temperatura tal-kamra, li ġiet applikata għall-manifattura addittiva ta' partijiet strutturali tal-kabina ta 'l-ajruplani A320. Is-saħħa tal-liga ta 'l-aluminju 7A77.60L ta' qawwa għolja għall-istampar 3D żviluppata mill-Laboratorju ta 'Riċerka Hughes (HRL) fl-Istati Uniti taqbeż is-600Mpa, u tagħmilha l-ewwel liga ta' aluminju ta 'saħħa għolja ekwivalenti falsifikata li tista' tintuża għall-manifattura addittiva. NASA Marshall Space Flight Center beda biex Dan il-materjal jintuża fil-produzzjoni ta 'partijiet aerospazjali fuq skala kbira; Ir-referenza tat-teknoloġija tal-istampar 3D irrapportat ukoll tip ġdid ta 'liga tal-aluminju ta' saħħa għolja ddisinjata u żviluppata mill-Istitut domestiku tar-Riċerka tal-Industrija tal-CRRC għall-istampar 3D, li jkisser ir-restrizzjonijiet tal-privattivi tal-Airbus. L-istabbiltà taqbeż il-560MPa, li hija aħjar b'mod sinifikanti mill-prestazzjoni tal-istampar tat-trab tal-liga tal-aluminju Airbus Scalmalloy®, li jista 'jissodisfa l-ħtiġijiet tal-istampar 3D ta' partijiet ta 'manifattura high-end bħal tagħmir domestiku ta' transitu ferrovjarju u aerospazjali. applikazzjonijiet tal-manifattura tal-materjal.

Komponenti aerospazjali moderni jeħtieġ li jissodisfaw serje ta 'rekwiżiti eżiġenti bħal ħfief, prestazzjoni għolja, affidabilità għolja, u prezz baxx, u l-istruttura tal-komponenti hija aktar kumplessa u aktar diffiċli biex tiddisinja u timmanifattura. L-innovazzjoni u l-iżvilupp ta 'teknoloġiji ewlenin għall-manifattura tal-addittivi bil-lejżer ta' komponenti bbażati fuq l-aluminju, titanju u nikil fl-ajruspazju, mhux biss tirrifletti d-direzzjoni tal-iżvilupp ta 'prestazzjoni ħafifa u għolja fl-għażla tal-materjal iżda tenfasizza wkoll il-preċiżjoni tat-teknoloġija tal-manifattura addittiva nnifisha. , Ix-xejra ta 'żvilupp tal-forma netta tista' tirrealizza l-manifattura addittiva integrata tal-prestazzjoni tal-materjal-istruttura u l-applikazzjoni ewlenija tal-inġinerija tat-teknoloġija tal-manifattura addittiva fl-ajruspazju.