Авиокосмическият сектор се развива бързо в нашия бърз технологично напреднал период и критериите за точност и ефективност на производството винаги растат. Когато се сблъскват със сложни структури и изисквания за висока точност на компонентите на самолетите, традиционните производствени техники понякога затрудняват постигането на оптимални резултати. Въвеждането на технологията за 3D принтиране на метал коренно промени производството на самолети, като значително подобри прецизността на производството и стимулира развитието на творческата индустрия.
Металният 3D печат, понякога наричан производство с метални добавки, е техника, при която триизмерни неща се създават чрез наслагване слой по слой на метални прахове или жици. Той разтопява метален прах под предварително проектиран контур на модел, използвайки източници на енергия като лазери или електронни лъчи, като по този начин създава солиден слой от метал. След това производствената платформа пада един слой, отлага пресен метален прах и продължава да повтаря гореспоменатата процедура, докато не бъде изградено цялото нещо. Тази техника за адитивно производство "от нулата" значително повишава прецизността на производството, постига директно производство на трудни структурни компоненти и напълно освобождава от ограниченията на конвенционалните форми.
Технологията за 3D печат на метали първоначално намира израз в самолетостроенето в производството на компоненти на двигатели. Работата на самолетните двигатели пряко влияе върху общата работа на самолета, тъй като те съставляват основния му компонент. Не само отнемаща време и трудоемка, но и предизвикателна за гарантиране на точността на производството, конвенционалната техника за производство на двигател изисква много прецизни операции по обработка и сглобяване. Технологията за 3D печат на метал драстично съкрати тези трудоемки процеси. Технологията за 3D печат на метали може директно да произвежда компоненти на двигателя със сложни структури, като горивни дюзи, турбинни лопатки с ниско налягане и т.н., чрез точно топене и натрупване слой по слой на метални прахове. Тези части трябва да издържат на доста високи температури и налягания, освен че са трудни за проектиране. Посредством идеален дизайн и избор на материали, технологията за 3D печат на метал не само е постигнала ефективно точното производство на тези компоненти, но също така значително е подобрила тяхната здравина и издръжливост. Например, въпреки че поддържат голямо съотношение на якост и тегло, лопатките на турбината с ниско налягане, съставени от TiAl сплав, са около 50% по-леки от конвенционалните високотемпературни сплави на базата на никел, което намалява теглото на цялата турбина с ниско налягане.
Освен частите на двигателя, друга важна употреба на технологията за 3D печат на метали в космическия сектор е лекият дизайн. Подобряването на производителността на самолета зависи най-вече от теглото, така че технологията за 3D принтиране на метал постига олекотен дизайн посредством структурен дизайн и избор на материал за компоненти. За двигателя GE9X, например, технологията за 3D печат помогна да се оптимизират компонентите на оригиналния топлообменник 163 в един интегриран компонент, като по този начин се намали теглото с 40%, производствените разходи с 25% и се удължи експлоатационният живот. Освен че намалява общото тегло на самолета, тази олекотена архитектура увеличава разхода на гориво и намалява въглеродните емисии.
Голямата степен на персонализиране и ефективност на технологията за 3D печат на метал в аерокосмическото инженерство добавя още едно важно предимство. Докато металният 3D печат може директно да отпечата необходимата форма въз основа на CAD модели без допълнителна обработка, традиционните производствени техники изискват голям брой форми и приспособления за производство на компоненти. Персонализирането е лесно с тази производствена техника "един към един". Масовото производство и отделните части могат да бъдат бързо завършени на същата цена. Освен това, металният 3D печат драстично намалява производствения цикъл на компонентите. Докато металният 3D печат може да бъде завършен за часове или дори минути, производството на сложен компонент чрез конвенционални техники може да отнеме седмици или дори месеци. Освен че повишава ефективността на производството, тази ефективна производствена техника ускорява въвеждането на нови продукти, като по този начин спестява значително време на бизнеса.
Повишаването на точността на технологията за 3D печат на метали в производството на самолети е очевидно и при производството на сложни структурни компоненти. Някои компоненти на въздухоплавателни средства имат доста високи изисквания за сложност и прецизност, които конвенционалните производствени техники понякога намират за предизвикателство да достигнат. Директното създаване на тези сложни структурни компоненти и гарантирано високо прецизно производство са резултат от технологиите за 3D печат на метал. За производството на ракетни двигатели, например, технологията за 3D печат на метали може да генерира компоненти със сложни охлаждащи канали, предизвикателство за получаване при конвенционалните производствени техники. Чрез използването на технологията за 3D печат на метал, топенето и натрупването на всеки слой метален прах може да бъде точно регулирано, което позволява прецизно производство на сложни конструкции.
Въпреки това, използването на технология за 3D печат на метали в космическата индустрия също представлява определени трудности. Например цената и инвестициите в оборудване за 3D печат на метал са доста високи; необходими са допълнителни изследвания и решения за справяне с проблеми, включително термичен стрес и остатъчен стрес в процеса на метален 3D печат; Приготвянето и съхранението на метални прахове се нуждаят от строг контрол на условията. И все пак, със своите специални предимства и възможности, технологията за 3D принтиране на метали става все по-значима в космическото производство.
https://www.china-3dprinting.com/metal-3d-printing/metal-3d-printing-piston-in-the-engine.html