1. Свойства на материала и ограничения
Докато алуминиевите сплави са доста популярни, но създават много трудности в процеса на 3D печат, обикновено използваните материали в металния 3D печат са титанови сплави, високотемпературни сплави и медни сплави. Ниската лазерна абсорбция на алуминиевата сплав и голямата топлопроводимост причиняват значителна загуба на енергия и ниска ефективност на формоване. Освен това алуминиевите сплави са склонни към деформация и натрупване на напрежение по време на лазерно отлагане; следователно трябва да се извършат допълнителни превантивни стъпки, за да се спре напукването на частта.
Трудна за отстраняване и влияе върху качеството на компонентите, алуминиевата сплав също е склонна да реагира с кислород по време на лазерно директно отлагане, за да образува Al ₂ O ∙ с висока точка на топене. Легиращите елементи с ниска точка на кипене (като Zn и Si) в алуминиевите сплави са склонни да изгарят по време на лазерно отлагане, което променя състава на сплавта и по този начин влияе върху микроструктурата и характеристиките на компонентите. Ограниченията на тези качества на материала ограничават използването на алуминиеви сплави при 3D отпечатване на части от космически кораби.
2. Недостатъци на методологиите за производство
Освен това със самия метален 3D печат идват някои ограничения в производствения процес. Една от най-често използваните технологии за 3D печат на метал, например, технологията за топене на лазерно прахово легло (L-PBF) има доста ниска производствена ефективност, особено при операции за последваща обработка, включващи сложни геометрични части. По време на обработката с ЦПУ, колкото по-трудно е да се идентифицира и закрепи, толкова по-сложна е геометричната форма на детайла, което води до повишаване на производствените разходи и необходимото време.
Освен това по време на процеса на метален 3D печат се образуват дим и пръски, които могат да повлияят на повторното използване на праха и да повишат производствените разходи. Ефективността и качеството на крайните продукти са силно повлияни от действията за последваща обработка, включително отстраняване на частици, топлинна обработка, машинна обработка и повърхностно полиране. Особено за сложни структурни компоненти, създадени чрез топене на прахов слой, техниките за отстраняване на поддържащия процес са малко и обикновено се използват клещи за отстраняване, което увеличава опасността от деформация и повреда на частите и усложнява гаранцията за качествена консистенция.
3. Насоки и трудности за физическо представяне
Ниската плътност, големият модул на еластичност, силната якост и голямата издръжливост определят много високи стандарти за физическа производителност на компонентите на космическия кораб. Тези критерии ограничават избора на материал за метален 3D печат и подхода към дизайна. Например, въпреки че алуминиевата сплав има ниска плътност, физическите ограничения по време на нейния процес на 3D печат я правят предизвикателство да се задоволят критериите за висока якост и голяма издръжливост.
Освен това дългосрочната работа на компонентите на космическия кораб в орбита изисква стабилни условия на околната среда, включително висока температура, ниска температура, вакуум и радиация. Тези елементи на околната среда налагат доста високи очаквания за стабилността на материала. Промените в микроструктурата и фазовия състав на материала могат да възникнат в резултат на метален 3D печат, като по този начин повлияят на неговата дългосрочна стабилност и надеждност.
4. Проблеми с техническото сертифициране и степен на зрялост
Въпреки че технологията за 3D печат на метал има широки възможности за използване при проектирането на компоненти на космически кораби, нейното технологично развитие все още трябва да бъде подобрено. Липсата на сертифициране прави много адитивни производствени сплави предизвикателство за аерокосмическия сектор. Процедурата за сертифициране представлява предизвикателство за напредъка и използването на нови технологии, тъй като изисква време и много експериментални данни за подкрепа.
Същевременно изборът на техника за 3D принтиране на метал е трудна задача. Елементи на дизайна, входни данни за процеса, ограничения на процеса, металургични и геометрични проблеми, наред с други фактори, трябва да бъдат взети под внимание. Тези елементи взаимодействат, за да усложнят и предизвикат избора на процеса.
5. Посока на бъдещо развитие
Въпреки че металният 3D печат има няколко физически ограничения, възможностите му за приложение в дизайна на компоненти на космически кораби все още са доста широки. Следното може да бъде част от бъдещата посока на развитие:
Разработка на нови материали: Създавайте нови материали, по-подходящи за 3D печат, включително титанови сплави, високотемпературни сплави и високопроизводителни алуминиеви сплави. Отличните физически и производствени качества на тези нови материали трябва да помогнат за задоволяване на строгите нужди на компонентите на космическите кораби.
Подобряване на процеса: Подобряването на настоящите техники за 3D печат ще помогне за повишаване на качеството на компонентите и ефективността на производството. Например, ефективността на формоване и производителността на частите могат да бъдат повишени чрез максимизиране на параметрите на лазера, свойствата на праха и техниките за последваща обработка.
Техническото сертифициране е създаване на цяла система за сертифициране и стандарти, като по този начин се засилват усилията за сертифициране за технологията за 3D печат на метал. Това ще подпомогне внедряването и разпространението на нови технологии в аерокосмическия сектор.
Укрепване на мултидисциплинарното сътрудничество в области, включително науката за материалите, машинното инженерство и компютърните науки, за съвместно справяне с физическите ограничения и технологичните препятствия на металния 3D печат при проектирането на компоненти на космически кораби.
https://www.china-3dprinting.com/metal-3d-printing/metal-3d-printed-racing-parts.html