Аерокосмічний сектор швидко розвивається в наш швидкий технологічно розвинутий період, і критерії точності виробництва та продуктивності постійно зростають. Зіштовхнувшись зі складними конструкціями та вимогами високої точності до компонентів літака, традиційним технологіям виробництва іноді важко досягти оптимальних результатів. Впровадження технології 3D-друку з металу докорінно змінило авіабудування, значно підвищивши точність виготовлення та сприяючи розвитку творчої індустрії.
Тривимірний друк на металі, який іноді називають виробництвом з додаванням металу, — це техніка, за допомогою якої тривимірні речі створюються шар за шаром укладання металевих порошків або дроту. Він плавить металевий порошок під попередньо розробленим контуром моделі за допомогою джерел енергії, таких як лазери або електронні промені, утворюючи таким чином суцільний шар металу. Потім виробнича платформа опускається в один шар, осаджує свіжий металевий порошок і продовжує повторювати вищезгадану процедуру, доки не буде побудовано все. Ця техніка адитивного виробництва «з нуля» значно підвищує точність виготовлення, забезпечує пряме виготовлення складних структурних компонентів і повністю звільняє від обмежень звичайних прес-форм.
Технологія 3D-друку з металу спочатку знаходить своє вираження в авіаційній промисловості у виробництві компонентів двигунів. Продуктивність авіаційних двигунів безпосередньо впливає на загальні характеристики літака, оскільки вони є його основним компонентом. Традиційна технологія виробництва двигуна вимагає не тільки багато часу та праці, але й складно гарантувати точність виробництва, тому вимагає багато прецизійної обробки та складання. Технологія 3D-друку на металі значно скоротила ці трудомісткі процеси. Технологія 3D-друку з металу може безпосередньо виготовляти компоненти двигуна зі складною конструкцією, такі як паливні форсунки, лопаті турбіни низького тиску тощо, шляхом точного плавлення та шарового укладання металевих порошків. Ці деталі повинні витримувати досить високі температури та тиск, крім того, що їх конструкція складна. Завдяки ідеальному дизайну та вибору матеріалів технологія 3D-друку з металу не тільки ефективно досягла точного виробництва цих компонентів, але й значно підвищила їх міцність і довговічність. Наприклад, зберігаючи високу міцність і вагу, лопаті турбіни низького тиску, виготовлені зі сплаву TiAl, приблизно на 50% легші за звичайні високотемпературні сплави на основі нікелю, що зменшує вагу всієї турбіни низького тиску.
Крім деталей двигуна, ще одним важливим використанням технології 3D-друку з металу в аерокосмічному секторі є легка конструкція. Поліпшення характеристик літака здебільшого залежить від ваги, тому технологія 3D-друку з металу забезпечує легку конструкцію за допомогою конструктивного дизайну та вибору матеріалів компонентів. Для двигуна GE9X, наприклад, технологія 3D-друку допомогла оптимізувати оригінальні компоненти теплообмінника 163 в один інтегрований компонент, таким чином знизивши вагу на 40%, витрати на виробництво на 25% і продовживши термін служби. Окрім зменшення загальної ваги літака, ця легка архітектура збільшує економію палива та знижує викиди вуглецю.
Високий ступінь персоналізації та ефективність технології 3D-друку металу в аерокосмічній техніці додає ще одну важливу перевагу. У той час як металевий 3D-друк може безпосередньо надрукувати необхідну форму на основі CAD-моделей без подальшої обробки, традиційні технології виробництва вимагають великої кількості форм і пристосувань для виготовлення компонентів. Персоналізація проста з цією технікою виготовлення «один на один». Масове виробництво та окремі деталі можна швидко завершити за ту саму вартість. Крім того, металевий 3D-друк різко скорочує цикл виробництва компонентів. У той час як металевий 3D-друк може бути закінчений за години або навіть хвилини, виготовлення складного компонента звичайними методами може зайняти тижні або навіть місяці. Окрім підвищення ефективності виробництва, ця ефективна техніка виробництва пришвидшує впровадження нових продуктів, що значно економить час для підприємств.
Підвищення точності технології 3D-друку на металі у виробництві літаків також є очевидним у виготовленні складних структурних компонентів. Певні компоненти літака мають досить високі вимоги до складності та точності, які інколи важко досягти за допомогою звичайних технологій виробництва. Безпосереднє створення цих складних структурних компонентів і гарантована висока точність виробництва є результатом технологій 3D-друку з металу. Для виробництва ракетних двигунів, наприклад, технологія 3D-друку з металу може створювати компоненти зі складними каналами охолодження, які складно отримати за допомогою звичайних технологій виробництва. Завдяки використанню технології 3D-друку на металі можна точно регулювати плавлення та накопичення кожного шару металевого порошку, що забезпечує точне виготовлення складних конструкцій.
Тим не менш, використання технології 3D-друку металу в аерокосмічній промисловості також викликає певні труднощі. Наприклад, вартість і інвестиції в металеве обладнання для 3D-друку досить високі; необхідні подальші дослідження та рішення для вирішення проблем, включаючи термічну напругу та залишкову напругу в процесі металевого 3D-друку; приготування і зберігання металевих порошків потребують суворого контролю умов. Тим не менш, завдяки особливим перевагам і можливостям, технологія 3D-друку з металу стає все більш і більш важливою в аерокосмічному виробництві.
https://www.china-3dprinting.com/metal-3d-printing/metal-3d-printing-piston-in-the-engine.html