Какви материали се използват в аерокосмическия 3D печат?

Повечето купувачи и инженери на космическата промишленост, с които разговаряме, се сблъскват със същото разочарование: седмици, прекарани в преследване на оферти, непълни сертификати за материали и части, които изглеждат добре на хартия, но не преминават проверки за умора или сертифициране. Истинското решение рядко е дали дадена геометрия може да бъде отпечатана. Това е кой материал действително ще издържи при полетни натоварвания, температурни цикли и одиторски преглед-като същевременно осигурява намаляването на теглото, от което се нуждае програмата.

На практика три фамилии метали доминират в производството на аерокосмически добавки: титанови сплави, алуминиеви сплави и суперсплави на базата на никел-. Титанът все още води като цяло търсене, особено за структурен и двигателен хардуер. 3D печатането на алуминиеви сплави се превърна в практичен избор за много части на корпуса на въздухоплавателни средства и UAV, където цената и теглото са по-важни от устойчивостта на екстремни температури. Никеловите суперсплави остават от съществено значение за най-горещите секции на двигателя. Получаването на правилния материал е само половината от работата. Пост-обработка-HIP, термична обработка, повърхностна обработка и3D отпечатъци с метално покритие-и работата със способен производител/фабрика за метален 3D печат определя дали завършените метални 3D отпечатани компоненти са наистина-готови за полет.

Аерокосмическите части трябва да осигуряват висока якост-до-тегло, надежден живот на умора, температурна способност и пълна проследимост. Металните прахове представляват по-голямата част от разходите за материали в производството на аерокосмически добавки. Текущите пазарни данни показват, че титаниевите сплави заемат най-голям дял, следвани от никеловите сплави и алуминиевите сплави.

Пазарен дял на метални прахове за аерокосмически 3D печат по вид материал (2025 г.)

Дори няколко килограма спестено тегло на самолет се превръщат в значителни икономии на гориво през експлоатационния живот. В същото време грешната сплав или непълното уплътняване могат да предизвикат скъпи преработки и забавени сертификации.

Редовно виждаме забавяне на програми, защото дадена част е с наднормено тегло, показва неочаквана порьозност или не е преминала проверка за сертифициране на материала. След като дизайнът е заключен и инструментите или квалификацията на процеса са започнали, смяната на материалите става скъпа. Съпоставянето на сплавта с действителния случай на натоварване и температура-и ранното потвърждаване на пълния маршрут на процеса-остава най-високото-решение, което повечето екипи могат да вземат.

Титанови сплави (Ti-6Al-4V)

Ti-6Al-4V все още е по подразбиране за много структурни скоби, рамки и умерено високи-температурни компоненти на двигателя. Неговото съотношение на здравина-тегло, устойчивост на корозия и дълга космическа история го правят труден за замяна в критични приложения. При отпечатване с добре контролирани параметри и последвано от HIP плюс топлинна обработка, механичните свойства рутинно се доближават до тези на кован материал. Обширните съществуващи процеси и данни за свойства също опростяват пътя за сертифициране в сравнение с по-новите сплави.

3D печат на алуминиеви сплави

3D печат на алуминиеви сплависе премести далеч отвъд създаването на прототипи. Сплави като AlSi10Mg и класове, съдържащи-скандий-с по-висока{2}}якост, сега поддържат производството на скоби за корпуси, топлообменници и структури на БЛА. Комбинацията от ниска плътност, прилична специфична якост и добра топлопроводимост прави алуминия привлекателен, когато не се изисква екстремна температурна устойчивост.

Свободата на дизайна е истинското предимство. Топологично-оптимизираните решетки и интегрираните охлаждащи канали, които биха били скъпи или невъзможни с машинна обработка или леене, стават практични. Разходите за материали също са по-ниски в сравнение с титана, което подобрява бизнес случая за по-големи или по--обемни части. Прозорецът на процеса беше по-тесен поради отразяващата способност на алуминия и по-ниския обхват на топене, но съвременните лазерни прах-системи се справят последователно с тези сплави. Правилното HIP, третиране с разтвор и стареене затварят по-голямата част от разликата в свойствата с конвенционалните алуминиеви изковки за приложенията, където алуминият е правилният избор.

Суперсплави на-основа на никел (инконел)

Inconel 718 и свързаните с него никелови суперсплави остават от съществено значение за хардуера на горивната камера, горивните дюзи и други компоненти на двигателя с високи-температури. Те запазват здравина и устойчивост на пълзене доста над 650 градуса. Адитивното производство позволява сложни вътрешни охлаждащи канали, които подобряват ефективността и намаляват броя на частите. Тези сплави изискват по-строг контрол на процеса и почти винаги се нуждаят от HIP плюс цялостно решение-и-топлинна обработка със стареене, за да отговорят на изискванията за аерокосмическа умора и микроструктура.

Сравнение на типични механични свойства на ключови аерокосмически сплави (топлинно-обработени / HIP състояние)

Тъй като-изградените повърхности и остатъчната порьозност почти никога не отговарят на аерокосмическите изисквания за покритие, устойчивост на корозия или запечатване. Пост-обработката е това, което превръща отпечатаната геометрия в използваем метален 3D отпечатан компонент.

3D разпечатки с метално покритие

3D отпечатъците с метално покритие решават няколко практически проблема едновременно. Безелектрическите покрития от никел, твърд хром или специализирани аерокосмически покрития подобряват устойчивостта на корозия и износване. Те могат също така да запечатат незначителна повърхностна порьозност и да осигурят по-устойчиво покритие. Алуминиевите части обикновено получават анодизиращи или преходни покрития. Титанови и никелови сплави по-често използват персонализирани системи за покритие или термично-пръскане в зависимост от приложението.

Често срещани стъпки за-обработка

Типичната последователност включва облекчаване на напрежението, HIP уплътняване, обработка с ЦПУ на критични интерфейси, довършване на повърхността, крайна топлинна обработка и не-разрушителна проверка. За критичен-хардуер за полет, пълното проследяване на праха и процеса плюс пълен първи-пакет на артикула не-подлежат на договаряне. Пропускането или недо{6}}посочването на която и да е от тези стъпки е една от най-често срещаните причини отпечатаните части да не преминат по-късна квалификация.

Един скорошен клиент дойде при нас с комплект от лята алуминиева скоба, който беше едновременно с наднормено тегло и ограничен от традиционните инструменти. Натоварванията бяха умерени, изискваше се устойчивост на корозия и програмата се нуждаеше от ясен път към по-големи обеми.

Препроектирахме частта за адитивно производство, като използвахме алуминиева сплав-клас аерокосмически, прилагайки оптимизация на топологията и функции на вътрешна решетка. След лазерен прахов-печат, компонентите преминаха през HIP, CNC довършителни работи на свързващи се повърхности и система за защитно покритие. Завършените части осигуряват ясно намаляване на масата спрямо оригиналната отливка, като същевременно отговарят на целите за якост и умора. Времето за изпълнение от замразяването на дизайна до първия функционален хардуер намаля значително и същият процес се мащабира в производство на малки-серии без големи промени. В този случай 3D печатът на алуминиеви сплави, съчетан с подходящо довършване и покритие, реши както техническите, така и търговските проблеми.

Изборът на материал сам по себе си не гарантира използваема част. Контролът на процеса и системата за качество на доставчика решават дали печатният компонент действително ще работи в експлоатация.

Изисквания за сертифициране

Потърсете системи AS9100 (или еквивалентни), пълна проследимост на партидата на материала и доказан опит с конкретните сплави, от които се нуждаете. Специфичните за процес-квалификации за прахово-топене на титанови, алуминиеви или никелови сплави добавят допълнителна увереност. За-критична за полет работа е от съществено значение възможността за предоставяне на пълни доклади от тестове на материали, записи на параметри и резултати от NDT.

Възможност от прототип до производство

Надежден производител/фабрика за метален 3D печат трябва да поддържа бързо създаване на прототипи, дизайн-за-допълнителна обратна връзка и след това постоянни производствени обеми. Попитайте за капацитета на машината, контрола на качеството на праха и процедурите за рециклиране,-вътрешна или строго управлявана последваща-обработка и опит в доставката на едро на метални 3D отпечатани части. По-добрите доставчици също помагат да се ориентират в практическите разлики между DMLS и SLM процесните прозорци за дадена сплав и геометрия.

Ако все още сравнявате непълни сертификати и противоречиви твърдения за материал, изпратете ни чертежа или CAD модела заедно с изискванията за натоварване, температура и обем. Ние ще препоръчаме подходящите материали от аерокосмически клас за 3D печат, ще очертаем пълния процес и маршрута за последваща-обработка (включително опции за покритие, където е необходимо) и ще предоставим ясна оферта с реалистични срокове за изпълнение. Независимо дали имате нужда от функционални прототипи или път към метални 3D отпечатани части на едро, следващата стъпка е директна техническа дискусия, а не друг кръг от сравнения на доставчици.