Сложните аерокосмически части с вътрешни канали, решетъчни структури и-оптимизирана геометрия на топологията често изтласкват традиционната обработка с ЦПУ до нейните граници - големи отпадъци от материали, множество настройки, дълги срокове за изпълнение и проекти, които или се компрометират, или стават непосилно скъпи. Това ръководство обяснява защо 3D печат на алуминиеви сплавичрез селективно лазерно топене (SLM) се превърна в практично решение за производство на метални 3D отпечатани компоненти в тези ситуации. Той обхваща реалните ограничения на конвенционалната машинна обработка, как работи SLM и свободата на проектиране, която позволява, защо AlSi10Mg води в аерокосмическите приложения, типични механични свойства, пример от реален-свят, ясни сравнения на разходите и времето за изпълнение и специфичните условия, при които металният 3D печат превъзхожда CNC.
Ограниченията на традиционната обработка на сложни геометрии
CNC остава отлично за много части. При много сложни аерокосмически геометрии обаче недостатъците стават очевидни:
Достъпът до инструмента ограничава вътрешните функции. Дълбоките канали или затворените решетки обикновено принуждават частта да бъде разделена и по-късно сглобена.
Съотношенията-към-полет от 10:1 до 20:1 са обичайни. На практика това често означава, че 85–95% от заготовката се превръща в стружки.
Множеството настройки увеличават както разходите, така и риска от натрупване-на толерантност.
Времето за изпълнение се удължава, когато се натрупват програмиране, фиксиране и последователни операции.
Когато самата геометрия се бори с процеса, проектът или се преработва около производствените ограничения, или става ненужно скъп.
Как всъщност работи прототипирането на SLM 3D печат
Селективното лазерно топене изгражда частта слой по слой от метален прах. Лазер с висока-мощност разтапя напълно праха според нарязаните CAD данни. Неизползваният прах се възстановява, поради което използването на материала е много по-високо от субтрактивните методи.
Практическите предимства се проявяват бързо:
Вътрешните охлаждащи или флуидни канали могат да бъдат поставени точно там, където производителността ги изисква.
Плътните секции могат да бъдат заменени с решетъчни или жироидни структури, които запазват твърдостта, докато режат маса.
Сглобките често могат да бъдат консолидирани в едно цяло, премахвайки крепежни елементи и потенциални пътища за течове.
Това са причините инженерите все повече да търсят опитенПрототипиране на SLM 3D печатфабрика, когато геометрията на детайла е основното ограничение.
Защо алуминиевите сплави доминират в космическия метален 3D печат
AlSi10Mg остава най-добрата сплав за повечето космически приложения за 3D печат на алуминиеви сплави. Той предлага силна комбинация от съотношение-към-тегло, топлопроводимост и възможност за печат.
Типични механични свойства на SLM AlSi10Mg
|
Собственост |
Типичен обхват (как-изграден/топлинно{1}}обработен) |
Практически бележки |
|
Плътност |
>99.5% |
Почти{0}}пълната плътност е рутина с оптимизирани параметри |
|
Максимална якост на опън |
350–450 MPa |
Зависи много от термичната обработка |
|
Сила на провлачване |
200–300 MPa |
- |
|
Удължение |
5–12% |
Подобрява се с подходящо лечение с Т6 |
|
Приблизителна граница на умора |
70–110 MPa (как-изграден) |
Подобрява се значително с повърхностна обработка и HIP |
|
Топлопроводимост |
високо |
Полезно за топлообменници и части за управление на топлината |
Показателите за умора са подходящи за много вторични структури и скоби, когато контролът на процеса и последващата-обработка се обработват правилно. Сертификационните рамки от NASA, EASA и индустриалните асоциации продължават да се развиват, давайки на квалифицираните производители по-ясен път за използване в космическото пространство.
Примерен случай: Метални 3D отпечатани компоненти, доставени от Sunhingstones
Неотдавнашен клиент от аерокосмическата промишленост дойде при нас със структурен алуминиев компонент, който включва вътрешни решетъчни елементи и конформни канали. Традиционните котировки за машинна обработка показаха дълги срокове за изпълнение и големи загуби на материали. Дизайнът би изисквал множество настройки и все още криеше риск от скрап.
Ние произведохме частта от AlSi10Mg, използвайки SLM. Резултати:
Единично-сглобяване близо до-мрежово-производство на форма вместо обработка с множество-настройки
Времето за изпълнение е намалено от приблизително 7–9 седмици (CNC маршрут) до приблизително 2,5 седмици, включително последваща-обработка и проверка
Забележимо намаляване на теглото чрез решетъчен дизайн, който би бил непрактичен за машина
Висок добив при първо{0}} преминаване след стандартна термична обработка и довършителни работи
Клиентът премина от дискусии за редизайн към функционален хардуер, без да налага големи компромиси върху оригиналната геометрия. Това е практическият резултат, който повечето екипи търсят, когато търсят надежденМетални 3D отпечатани компонентипроизводител.
Кога 3D печатът има смисъл (и кога не)
Металният 3D печат не е автоматично по-добър или по-евтин. Работи най-добре при определени условия. Сравнението по-долу отразява типични резултати, които виждаме при сложни аерокосмически геометрии:
CNC срещу SLM за сложни аерокосмически части
|
Фактор |
Традиционно ЦПУ |
SLM (AlSi10Mg) |
Практическо предимство |
|
Материални отпадъци |
Често 10:1 – 20:1 |
Обикновено 1,1:1 – 1,5:1 |
SLM |
|
Свобода на дизайна |
Ограничено от достъп до инструменти |
Висока (решетки, вътрешни канали, частична консолидация) |
SLM |
|
Време за изпълнение на прототипа |
4–12+ седмици |
1–3 седмици |
SLM |
|
Чувствителност към разходите |
Материал + време за обработка + закрепване |
Машинно време + прах + последваща-обработка |
Зависи от геометрията |
|
Повърхностно покритие |
Отлично като-обработено |
Изисква довършителни работи за критични повърхности |
ЦПУ |
|
Най-добро прилягане |
Среден до голям обем, по-прости форми |
Сложна геометрия, малък до среден обем |
Зависи-от контекста |
Простите призматични части в по-големи обеми все още предпочитат CNC. Хибридните подходи - при отпечатване на почти-чиста форма и завършваща-обработка само на критичните повърхности - често дават най-добрия общ резултат.
ЧЗВ
В: Достатъчно здрав ли е 3D отпечатаният алуминий за аерокосмически части?
О: За много вторични структури, скоби, корпуси и топлообменници, да -, когато процесът е контролиран и последващата-обработка е подходяща. Първичните критични структури изискват пълни данни за квалификация.
Въпрос: Каква е разликата между SLM и други методи за 3D печат на метал?
A: SLM напълно разтапя праха и произвежда плътни части, подходящи за структурна употреба. Други процеси, като струя на свързващо вещество или насочено отлагане на енергия, обслужват различни нужди по отношение на размера, цената или ремонта.
В: Каква е цената на прототипирането на SLM 3D печат в сравнение с CNC?
О: При сложни геометрии с високи съотношения-към-полет, SLM често е конкурентен или по-нисък, след като се вземат предвид материалните отпадъци и множеството настройки. При прости части CNC обикновено печели.
Въпрос: Могат ли 3D отпечатаните алуминиеви части да бъдат сертифицирани за използване в авиацията?
О: Да, при условие че производителят поддържа проследимост на материала, контрол на процеса и следва установени маршрути за квалификация.
Въпрос: Кой трябва да търсите като производител на метални 3D отпечатани компоненти?
О: Опит с алуминиеви-клас аерокосмически сплави, документирани системи за качество,-вътрешна последваща-обработка и проверка и опит в доставянето на функционални части по график.
Ако имате сложна част, която създава проблеми с настоящите доставчици, изпратете чертежа. Ние ще ви дадем директна оценка дали SLM алуминият е по-добрият маршрут -, покриващ производителността, очакваните свойства, времето за изпълнение и разходите - без излишен оптимизъм.
Sunhingstones се фокусира върху метални 3D отпечатани компоненти за космическото пространство и други взискателни приложения. Свържете се с нас, когато самата геометрия е основното ограничение.