Materjali u karatteristiċi tal-istampar 3D tal-metall użati b'mod komuni fil-qasam aerospazjali

Sep 28, 2022

Bl-użu ta 'tekniki ta' manifattura tradizzjonali, eluf ta 'ligi jistgħu jiġu mmaxinjati. Għat-teknoloġija tal-istampar 3D tal-metall, in-numru ta 'materjali disponibbli huwa estremament limitat, u m'għandux għexieren ta' snin ta 'proċessar u esperjenza ta' użu bħall-ipproċessar tradizzjonali. Barra minn hekk, komponenti aerospazjali ħafna drabi jeħtieġu karatteristiċi kritiċi li huma ddisinjati għal limiti estremament żgħar għall-użu f'ambjenti ħarxa (pressjonijiet għoljin, fluwidi korrużivi, jew temperaturi baxxi sa -252 grad għal temperaturi għoljin ta 'aktar minn 1000 grad), u komponenti bħal dawn jeħtieġu biex topera b'mod sikur u affidabbli għal eluf ta 'sigħat f'ċikli ta' frekwenza għolja. Bħala riżultat, jitqiegħdu rekwiżiti stretti fuq il-ligi magħżula għall-komponenti tal-użu aħħari.


Il-metalli meħtieġa għall-manifattura ta 'addittivi aerospazjali jinkludu ligi ta' l-aluminju, azzar li ma jissaddadx, ligi tat-titanju, superligi bbażati fuq nikil u ħadid, ligi tar-ram, u ligi refrattorji. L-inġiniera tan-NASA ġabru fil-qosor 53 liga adattata għall-manifattura ta 'addittivi tal-metall ibbażati fuq riċerka attwali u applikazzjonijiet industrijali, li jkopru kważi t-tipi kollha ta' proċess kurrenti mit-tidwib u l-iffurmar ta 'stat solidu. Xi wħud minn dawn il-ligi huma derivati ​​minn materjali tal-magni tradizzjonali u jkomplu jintużaw biex isiru komponenti aerospazjali. Kemm materjali ġodda kif ukoll ligi eżistenti qed jiġu żviluppati u ottimizzati kontinwament. Għad hemm ħafna spazju għall-espansjoni fit-tipi ta 'materjali miġbura fil-qosor. Ħafna ligi laħqu biss l-istadju ta 'żvilupp u jistgħu ma jkunux kompletament kompatibbli mal-industrija tal-avjazzjoni bl-użu ta' proċessi speċifiċi ta 'manifattura ta' addittivi. Rekwiżiti ta' applikazzjoni aerospazjali.


Skont il-proċess tal-manifattura addittiv użat, il-materja prima tista 'tiġi kklassifikata bħala trab pre-ligat (ġeneralment prodott bl-atomizzazzjoni tal-gass), wajer, folja jew virga solida, eċċ Filwaqt li n-numru ta' materjali disponibbli huwa limitat meta mqabbel ma 'ligi maħduma, għad hemm ħafna ligi aerospazjali ta 'temperatura għolja u popolari li jintużaw komunement u magħrufa sew, b'livelli ta' maturità differenti.


Superligi bbażati fuq in-nikil u l-ħadid jintużaw aktar minħabba l-proprjetajiet mekkaniċi eċċellenti tagħhom f'temperaturi u pressjonijiet għoljin u ħafna drabi jintużaw f'ambjenti ħarxa (reżistenza għall-korrużjoni u l-ossidazzjoni). Superligi bbażati fuq in-nikil jintużaw ħafna fl-istampar 3D, b'In625 u In718 huma l-aktar prominenti għal ħafna applikazzjonijiet. Superligi bbażati fuq il-ħadid bħal A-286, JBK-75, u NASA HR-1 huma komunement użati f'applikazzjonijiet tal-idroġenu bi pressjoni għolja (bħal magni rokit) u jistgħu jnaqqsu r-riskji assoċjati ma' fraġliment tal-ambjent tal-idroġenu. Barra minn hekk, dawn is-superliga għandhom reżistenza għolja għat-tkaxkir, taħlita ta 'proprjetajiet li jgħinu biex tiżdied b'mod sinifikanti l-effiċjenza tal-magni moderni tal-inġenji tal-ajru. Superligi huma materjali ewlenin fil-manifattura ta 'ħafna komponenti bħal kombustors ta' turbini tal-gass bi pressjoni għolja, turbini, kisi, diski u xfafar. Applikazzjonijiet oħra ta 'temperatura għolja u baxxa jinkludu valvi, turbini, injetturi, igniters, u manifolds għal magni rokit likwidi. Bħalissa, aktar minn 50 fil-mija tal-massa tal-magni tal-inġenji tal-ajru avvanzati tikkonsisti minn superligi bbażati fuq in-nikil.


Il-proporzjon tas-saħħa għall-piż huwa indikatur ewlieni ieħor, u l-ligi tat-titanju ntużaw ħafna fil-qasam aerospazjali minħabba l-karatteristiċi eċċellenti tagħhom ta 'reżistenza għall-korrużjoni u t-temperatura, kif ukoll saħħa speċifika eċċellenti, u ilhom jiġbdu l-attenzjoni fil-qasam tal-manifattura addittiva . Speċifikament, Ti6Al4V hija liga komuni għal tagħmir ta 'l-inżul, frejms li jġorru, partijiet li jduru, diski u xfafar tal-kompressuri, tankijiet tal-propellant krijoġeniku, u ħafna komponenti aerospazjali oħra. Ti6242 jista 'jintuża għal xfafar tal-kompressur u partijiet tal-makkinarju li jduru, u ligi TiAl jistgħu jintużaw għal xfafar tat-turbini bħal dawn.


Għalkemm inqas fis-saħħa mil-ligi tat-titanju, il-ligi tal-aluminju għandhom proporzjon tajjeb ta 'saħħa għall-piż u huma materjal aerospazjali komuni u matur. Ligi tal-aluminju għall-produzzjoni ta 'partijiet manifatturati b'mod addittiv jinkludu s-serje 1xxx, 2xxx, 4xxx, 6xxx, u 7xxx ibbażati fuq elementi ta' liga, li ħafna minnhom jistgħu jiġu manifatturati bl-użu ta 'proċessi ta' manifattura ta 'addittivi ta' stat solidu bħall-iwweldjar bil-frizzjoni u l-iwweldjar ultrasoniku. Ligi tal-aluminju bħalissa jużaw sodda tat-trab u proċessi ta 'depożizzjoni tal-enerġija biex inaqqsu l-qsim, u tipi stampabbli jinkludu AlSi10Mg, F357, A205, 7A77, 6061-RAM2, Scalmalloy, eċċ. Madankollu, il-ligi tal-aluminju għandhom ukoll ħafna żvantaġġi, bħal fqir għoli -Il-prestazzjoni tat-temperatura, il-problemi tat-tiswija tal-iwweldjar, u r-reżistenza tal-qsim tal-korrużjoni tal-istress fqira ta 'ligi tal-aluminju ta' saħħa għolja hija wkoll komuni.


Meta mqabbel ma 'titanju jew superligi, l-istainless steel għandu proporzjon tajjeb ta' saħħa-piż, reżistenza għat-temperatura għolja, u spiża aktar baxxa, għalhekk huwa użat ħafna fil-manifattura ta 'komponenti ta' inġenji tal-ajru u vetturi spazjali. L-azzar li ma jsaddadx juri reżistenza għolja għall-korrużjoni, l-ossidazzjoni u l-ilbies fl-ambjent it-tajjeb u jista 'jintuża fil-manifattura ta' sistemi ta 'magni u exhaust, komponenti idrawliċi, skambjaturi tas-sħana, sistemi ta' rkaptu tal-inżul u ġonot strutturali. Fis-settur tal-ajruspazju, huma manifatturati ċappetti, qfieli, tagħmir tal-inżul u komponenti oħra fuq inġenji tal-ajru. Azzar li ma jsaddadx li jistgħu jintużaw għall-istampar 3D tal-metall jinkludu azzar awstenitiku 316L u 17-4azzar li jwebbsu l-preċipitazzjoni PH, fost oħrajn. Minkejja l-ħafna vantaġġi tiegħu, l-azzar huwa relattivament dens u faċli biex jifforma permezz ta 'tekniki konvenzjonali, u l-użu ta' manifattura ta 'addittivi tal-metall biex isiru partijiet ta' l-istainless steel għandu applikazzjonijiet limitati fl-ajruspazju.


Il-manifattura addittiva m'għandhiex għalfejn tkun limitata għal metall wieħed, tista 'toħloq strutturi personalizzati bi-metall u multi-metall. Materjal jista 'jiġi miżjud b'mod diskret mad-disinn biex jottimizza l-proprjetajiet termali jew strutturali, bħall-forma ta' ġkieket strutturali, flanġijiet, pumijiet, jew karatteristiċi oħra biex jottimizzaw il-piż tas-subsistema kollha. Barra minn hekk, transizzjoni tal-metall jew materjali gradati b'mod funzjonali jistgħu wkoll jiġu fabbrikati.


Ibgħat l-inkjesta