Применение струйного нанесения связующего в аэрокосмической промышленности

Представьте, что вы создаете сложные компоненты самолетов с точностью 3D-принтера, но при этом обладаете прочностью и долговечностью, которых требует неумолимое небо. Это реальность Струйная обработка вяжущегоТехнология аддитивного производства, совершившая революцию в аэрокосмической отрасли. Благодаря стратегическому нанесению жидкого связующего на слой металлического порошка, слой за слоем, Binder Jetting создает сложные, легкие конструкции, которые расширяют границы возможного в авиастроении.

Простое понимание струйной обработки вяжущих материалов

Струйная обработка с использованием связующего вещества работает аналогично стандартному струйному принтеру, но вместо чернил используется связующее вещество для скрепления металлических частиц между собой. Процесс начинается с создания цифровой 3D-модели желаемого компонента. Затем эта модель нарезается на тонкие слои, которые служат чертежом для процесса печати. В машине Binder Jetting печатающая головка выборочно наносит связующее вещество на слой мелкого металлического порошка, приклеивая частицы только в определенных местах на основе цифрового среза. Как только слой завершен, наносится новый слой порошка, и процесс скрепления повторяется. Так продолжается до тех пор, пока не будет создан весь компонент, слой за слоем, с нуля.

После этапа печати несвязанный порошок удаляется, оставляя после себя "зеленую" деталь. Затем эта деталь проходит процесс спекания, в ходе которого она подвергается воздействию высоких температур, в результате чего частицы металла сплавляются вместе, и получается прочный и функциональный металлический компонент.

10 ключевых металлических порошков Binder Jetting

Универсальность струйного нанесения связующего проявляется в его совместимости с широким спектром металлических порошков. Каждый порошок обладает уникальными свойствами, соответствующими конкретным аэрокосмическим применениям. Вот более подробный обзор 10 известных металлических порошков, используемых в струйной обработке Binder Jetting:

1. Нержавеющая сталь 316L: Известная своей превосходной коррозионной стойкостью и хорошей механической прочностью, нержавеющая сталь 316L является популярным выбором для таких применений, как внутренние компоненты самолетов, воздуховоды и корпуса, которые требуют устойчивости к жестким условиям окружающей среды.

2. Инконель 625: Этот высокопроизводительный никель-хромовый суперсплав обладает исключительной прочностью при повышенных температурах, что делает его идеальным для компонентов горячих секций реактивных двигателей, таких как футеровка камеры сгорания и лопатки турбины. Inconel 625 может выдерживать огромное количество тепла и давления, обеспечивая бесперебойную работу двигателя.

3. Титан 6Al-4V (Ti-6Al-4V): Чемпион по соотношению прочности и веса, Ti-6Al-4V обладает впечатляющими механическими свойствами, оставаясь при этом легким. Такое сочетание делает его идеальным для применения в аэрокосмической промышленности, где снижение веса имеет первостепенное значение, например, в компонентах планера самолета, деталях шасси и опорах двигателя.

4. Алюминиевые сплавы (AlSi10Mg, AlSi7Mg0.3): Алюминиевые сплавы, такие как AlSi10Mg и AlSi7Mg0.3, сочетающие в себе доступность, хорошую обрабатываемость и прочность, подходят для некритичных аэрокосмических применений, где снижение веса все еще является приоритетом. Эти сплавы могут использоваться в корпусах, кронштейнах и других не несущих нагрузку компонентах.

5. Никелевый сплав 718: Этот универсальный никель-хромовый сплав обладает высокой прочностью, хорошей коррозионной стойкостью и отличной обрабатываемостью. Эти качества делают его ценным материалом для различных аэрокосмических деталей, включая структурные элементы, детали шасси и гидравлические линии высокого давления.

6. Медь: Обладая выдающейся тепло- и электропроводностью, медь находит применение в теплообменниках, радиаторах и электрических компонентах самолетов. Струйное нанесение связующего позволяет создавать сложные медные структуры, которые оптимизируют теплопередачу.

7. Ковар: Этот железо-никель-кобальтовый сплав имеет коэффициент теплового расширения, близкий к коэффициенту теплового расширения стекла. Это уникальное свойство делает сплав Kovar идеальным для применения в тех областях, где необходима надежная герметизация между металлическими и стеклянными компонентами, например, в авионике и приборных дисплеях.

8. Инвар 36: Известный своим исключительно низким коэффициентом теплового расширения, Invar 36 находит применение в прецизионных аэрокосмических компонентах, требующих стабильности размеров при изменении температуры. Этот материал особенно ценен для применения в оптических системах и приборах наведения.

9. Карбид вольфрама: Известный своей исключительной твердостью и износостойкостью, карбид вольфрама идеально подходит для деталей, испытывающих высокое трение и истирание. Он может использоваться в накладках шасси, режущих инструментах и других компонентах, требующих превосходных характеристик износа.

10. Марочная сталь: Сочетая высокую прочность с отличной вязкостью, мартенситностареющая сталь является ценным материалом для аэрокосмических применений, требующих исключительных механических свойств. Эта сталь может использоваться в таких высоконагруженных компонентах, как стойки шасси и критические элементы конструкции.

Струйная обработка вяжущегоПрименение в аэрокосмической промышленности

Способность Binder Jetting создавать сложные геометрические формы с минимальными отходами материала делает ее революционной для аэрокосмической промышленности. Представляем вам подробный обзор того, как Binder Jetting меняет различные аспекты проектирования и производства самолетов:

С помощью биндер-джеттинга можно изготавливать лопатки для турбин:

Традиционно лопатки турбины, сердце реактивного двигателя, тщательно изготавливаются с помощью сложных процессов литья или механической обработки. Струйная обработка предлагает более гибкую и экономически эффективную альтернативу. Представьте себе печать сложных каналов охлаждения непосредственно в конструкции лопатки - задача, которую сложно решить с помощью традиционных методов. Это позволяет более эффективно управлять теплом, что является критически важным фактором для обеспечения максимальной производительности и топливной экономичности двигателя.

Однако инконель 625, суперсплав, обычно используемый для изготовления лопаток турбин, трудно обрабатывать с помощью струйной обработки связующим из-за его высокой температуры плавления. Текущие исследования направлены на разработку улучшенных связующих веществ и методов спекания, чтобы раскрыть весь потенциал технологии Binder Jetting для этой сложной области применения.

С помощью струйной установки Binder Jetting можно изготовить обшивку фюзеляжа:

Фюзеляж, основной корпус самолета, - это легкая конструкция, обеспечивающая оптимальную топливную экономичность. Технология Binder Jetting позволяет создавать легкие, но прочные обшивки фюзеляжа с замысловатыми решетчатыми структурами. Эти внутренние несущие структуры имитируют прочность сот, обеспечивая исключительную жесткость без лишнего веса. Кроме того, технология Binder Jetting позволяет интегрировать в обшивку внутренние каналы для проводки и других важных компонентов, упрощая сборку и уменьшая количество необходимых деталей.

С помощью биндер-джеттинга можно изготавливать компоненты шасси:

Шасси испытывают огромные нагрузки во время взлета и посадки. Струйное напыление предлагает возможность изготовления сложных деталей шасси с использованием высокопрочных металлических порошков, таких как титан 6Al-4V или никелевый сплав 718. Это позволяет снизить вес при сохранении необходимой прочности и долговечности, чтобы выдержать суровые условия эксплуатации. Кроме того, технология Binder Jetting позволяет создавать сложные внутренние каналы в компонентах шасси для дальнейшего снижения веса и оптимизации потока жидкости в гидравлических системах.

За пределами примеров: Более широкое воздействие

Влияние струйной обработки связующим в аэрокосмической промышленности выходит за рамки этих конкретных применений. Вот взгляд на его более широкое влияние:

• Быстрое прототипирование и итерация дизайна: Струйная обработка связующего позволяет быстро создавать прототипы новых компонентов самолета. Это способствует ускорению циклов проектирования, позволяя инженерам быстро и эффективно тестировать и дорабатывать концепции.
• Сокращение сроков изготовления: По сравнению с традиционными методами, струйное нанесение связующего обеспечивает более быстрое производство некоторых компонентов. Это позволяет значительно сократить время выполнения заказа и оптимизировать процессы сборки самолетов.
• Производство по требованию: Гибкость, присущая биндер-джеттингу, позволяет использовать его для производства запасных частей по требованию. Это может быть особенно полезно для удаленных мест или ситуаций, когда содержание большого запаса запасных частей нецелесообразно.
• Снижение веса: Как уже упоминалось ранее, технология Binder Jetting позволяет создавать легкие конструкции. Это означает значительную экономию топлива для авиакомпаний в течение всего срока службы самолета, что способствует более экологичному будущему авиаперевозок.

Проблемы и соображения

В то время как Струйная обработка вяжущего предлагает огромный потенциал для аэрокосмической промышленности, но не обходится и без проблем. Вот некоторые ключевые соображения:

• Свойства материала: В то время как Струйная обработка вяжущего могут производить детали с хорошими механическими свойствами, но они не всегда могут соответствовать свойствам деталей, изготовленных традиционными методами, такими как литье или ковка. Продолжающиеся исследования и разработки постоянно улучшают свойства деталей, изготовленных методом струйной обработки связующим, но достижение равенства с традиционными методами остается постоянной задачей.
• Постобработка: Детали, изготовленные методом струйного нанесения связующего, часто требуют дополнительной обработки, например спекания, что увеличивает общее время и стоимость производства.
• Отделка поверхности: Поверхность деталей, обработанных струей Binder, может быть не такой гладкой, как у деталей, изготовленных традиционными методами. Это может потребовать дополнительной обработки или финишной обработки, в зависимости от конкретного применения.
• Контроль качества: Разработка надежных процедур контроля качества имеет решающее значение для обеспечения стабильной работы и надежности компонентов со струйным нанесением связующего в критически важных аэрокосмических приложениях.

ЧАСТО ЗАДАВАЕМЫЕ ВОПРОСЫ

узнать больше о процессах 3D-печати