1. Властивості матеріалу та обмеження
У той час як алюмінієві сплави досить популярні, але створюють багато труднощів у процесі 3D-друку, зазвичай використовуються матеріали для 3D-друку на металі – це титанові сплави, високотемпературні сплави та сплави міді. Низьке лазерне поглинання та висока теплопровідність алюмінієвого сплаву спричиняють значні втрати енергії та низьку ефективність формування. Крім того, алюмінієві сплави схильні до деформації та накопичення напруги під час лазерного осадження; отже, необхідно вжити подальших профілактичних заходів, щоб зупинити розтріскування частини.
Алюмінієвий сплав, який важко видалити та впливає на якість компонентів, також схильний реагувати з киснем під час лазерного прямого осадження з утворенням Al ₂ O ∙ з високою температурою плавлення. Легуючі елементи з низькою точкою кипіння (наприклад, Zn і Si) в алюмінієвих сплавах схильні до горіння під час лазерного осадження, що змінює склад сплаву і тим самим впливає на мікроструктуру та характеристики компонентів. Межі цих якостей матеріалу обмежують використання алюмінієвих сплавів у 3D-друкі частин космічного корабля.
2. Недоліки методології виробництва
Крім того, 3D-друк на металі накладає деякі обмеження на виробничий процес. Одна з найбільш часто використовуваних технологій 3D-друку металу, наприклад, технологія лазерного порошкового плавлення (L-PBF) має досить низьку ефективність виробництва, особливо в операціях пост-обробки складних геометричних деталей. Під час обробки з ЧПК чим важче ідентифікувати та закріпити, тим складніша геометрична форма заготовки, що підвищує витрати на виробництво та час.
Крім того, під час процесу 3D-друку на металі утворюються дим і бризки, які можуть вплинути на повторне використання порошку та збільшити витрати на виробництво. На продуктивність і якість готової продукції значною мірою впливають дії після обробки, включаючи видалення часток, термічну обробку, механічну обробку та полірування поверхні. Особливо для складних структурних компонентів, створених плавленням шару порошку, технік видалення підтримки процесу небагато, і для видалення зазвичай використовуються плоскогубці, що збільшує небезпеку деформації та пошкодження деталей і ускладнює гарантію якісної консистенції.
3. Рекомендації та труднощі фізичної працездатності
Низька щільність, великий модуль пружності, висока міцність і висока міцність визначають дуже високі стандарти фізичних характеристик для компонентів космічного корабля. Ці критерії обмежують вибір матеріалу для металевого 3D-друку та підхід до дизайну. Наприклад, хоча алюмінієвий сплав має низьку щільність, фізичні обмеження під час процесу його 3D-друку ускладнюють виконання критеріїв високої міцності та високої міцності.
Крім того, довгострокова робота компонентів космічного корабля на орбіті вимагає стійких умов навколишнього середовища, включаючи високу температуру, низьку температуру, вакуум і радіацію. Ці елементи середовища накладають досить високі очікування на стабільність матеріалу. Зміни в мікроструктурі та фазовому складі матеріалу можуть бути результатом 3D-друку металу, що впливає на його довгострокову стабільність і надійність.
4. Проблеми технічної сертифікації та ступінь зрілості
Незважаючи на те, що технологія 3D-друку з металу має широкі можливості використання в конструюванні компонентів космічних кораблів, її технологічний розвиток все ще потребує посилення. Відсутність сертифікації робить багато сплавів для виробництва добавок складними для аерокосмічного сектору. Процедура сертифікації створює проблеми для просування та використання нових технологій, оскільки вимагає часу та багато експериментальних даних для підтримки.
Водночас вибір техніки 3D-друку на металі є складним завданням. Слід брати до уваги конструктивні елементи, входи процесу, обмеження процесу, металургійні та геометричні проблеми серед інших факторів. Ці елементи взаємодіють, щоб ускладнити та поставити під сумнів вибір процесу.
5. Напрям майбутнього розвитку
Хоча металевий 3D-друк має кілька фізичних обмежень, можливості його застосування в конструюванні компонентів космічного корабля все ще досить широкі. Наступне може бути частиною майбутнього напрямку розвитку:
Розробка нових матеріалів: створюйте нові матеріали, які краще підходять для 3D-друку, зокрема титанові сплави, високотемпературні сплави та високоефективні алюмінієві сплави. Відмінні фізичні та технологічні якості цих нових матеріалів повинні допомогти задовольнити суворі потреби компонентів космічних кораблів.
Удосконалення процесу: удосконалення сучасних технологій 3D-друку допоможе підвищити якість компонентів і ефективність виробництва. Наприклад, ефективність формування та продуктивність деталей можна підвищити шляхом максимізації лазерних параметрів, властивостей порошку та методів постобробки.
Технічна сертифікація — це створення цілої системи сертифікації та стандартів, що сприяє посиленню сертифікації технології 3D-друку з металу. Це сприятиме впровадженню та поширенню нових технологій в аерокосмічному секторі.
Зміцнення міждисциплінарного співробітництва в областях, включаючи матеріалознавство, машинобудування та інформатику, щоб спільно подолати фізичні обмеження та технологічні перешкоди металевого 3D-друку при проектуванні компонентів космічного корабля.
https://www.china-3dprinting.com/metal-3d-printing/metal-3d-printed-racing-parts.html