1. Lastnosti materiala in omejitve
Medtem ko so aluminijeve zlitine precej priljubljene, vendar povzročajo številne težave v procesu 3D tiskanja, so običajno uporabljeni materiali pri kovinskem 3D tiskanju titanove zlitine, visokotemperaturne zlitine in bakrove zlitine. Nizka laserska absorpcija in velika toplotna prevodnost aluminijeve zlitine povzročata znatno izgubo energije in nizko učinkovitost oblikovanja. Poleg tega so aluminijeve zlitine nagnjene k deformacijam in kopičenju napetosti med laserskim nanašanjem; zato je treba izvesti nadaljnje preventivne korake, da preprečimo pokanje delov.
Aluminijevo zlitino, ki jo je težko odstraniti in vpliva na kakovost komponent, je prav tako nagnjena k reakciji s kisikom med laserskim neposrednim nanašanjem, da nastane Al ₂ O ∙ z visokim tališčem. Legirni elementi z nizkim vreliščem (kot sta Zn in Si) v aluminijevih zlitinah so nagnjeni k gorenju med laserskim nanašanjem, kar spremeni sestavo zlitine in s tem vpliva na mikrostrukturo in značilnosti komponent. Omejitve teh lastnosti materiala omejujejo uporabo aluminijevih zlitin pri 3D tiskanju delov vesoljskih ladij.
2. Pomanjkljivosti proizvodnih metodologij
Poleg tega kovinsko 3D tiskanje prinaša nekatere omejitve v proizvodnem procesu. Ena najpogosteje uporabljenih tehnologij 3D-tiskanja kovin, na primer tehnologija laserskega taljenja prahu (L-PBF), ima precej nizko proizvodno učinkovitost, zlasti v postopkih naknadne obdelave, ki vključujejo zapletene geometrijske dele. Med CNC obdelavo je težje prepoznati in vpeti, bolj zapletena je geometrijska oblika obdelovanca, zato se zvišujejo stroški izdelave in čas.
Poleg tega med postopkom 3D tiskanja kovin nastajajo dim in brizganje, ki lahko vplivajo na ponovno uporabo prahu in povečajo proizvodne stroške. Na zmogljivost in kakovost končnih izdelkov močno vplivajo naknadna obdelava, vključno z odstranjevanjem delcev, toplotno obdelavo, strojno obdelavo in poliranjem površin. Zlasti za zapletene strukturne komponente, ustvarjene s taljenjem praškaste plasti, je tehnik odstranjevanja podpore za proces malo in za odstranjevanje se običajno uporabljajo klešče, kar povečuje nevarnost deformacij in poškodb delov ter otežuje zagotavljanje konsistence kakovosti.
3. Smernice in težave pri telesni zmogljivosti
Nizka gostota, velik modul elastičnosti, močna trdnost in velika žilavost določajo zelo visoke standarde fizične zmogljivosti za komponente vesoljskih plovil. Ta merila omejujejo izbiro kovinskega materiala za 3D-tiskanje in pristop oblikovanja. Na primer, čeprav ima aluminijeva zlitina nizko gostoto, je zaradi fizičnih omejitev med postopkom 3D-tiskanja težko izpolniti merila visoke trdnosti in velike žilavosti.
Poleg tega dolgoročno delovanje komponent vesoljskih plovil v orbiti zahteva robustne okoljske pogoje, vključno z visoko temperaturo, nizko temperaturo, vakuumom in sevanjem. Ti okoljski elementi nalagajo precej visoka pričakovanja glede materialne stabilnosti. Spremembe v mikrostrukturi in fazni sestavi materiala so lahko posledica kovinskega 3D tiskanja, kar vpliva na njegovo dolgoročno stabilnost in zanesljivost.
4. Pomisleki glede tehničnega certificiranja in stopnje zrelosti
Čeprav ima tehnologija kovinskega 3D tiskanja široke možnosti uporabe pri oblikovanju komponent vesoljskih plovil, je treba njen tehnološki razvoj še izboljšati. Zaradi pomanjkanja certifikatov je uporaba številnih zlitin za aditivno proizvodnjo zahtevna za vesoljski sektor. Postopek certificiranja predstavlja izziv za napredek in uporabo novih tehnologij, saj zahteva čas in veliko eksperimentalnih podatkov za podporo.
Hkrati je izbira kovinske tehnike 3D tiska težka naloga. Med drugimi dejavniki je treba upoštevati konstrukcijske elemente, procesne vložke, procesne omejitve, metalurške in geometrijske pomisleke. Ti elementi medsebojno delujejo, da zapletejo in izzivajo izbiro postopka.
5. Smer prihodnjega razvoja
Čeprav ima kovinsko 3D tiskanje več fizičnih omejitev, so možnosti njegove uporabe pri načrtovanju komponent vesoljskih plovil še vedno precej široke. Del prihodnje usmeritve razvoja bi lahko bilo naslednje:
Razvoj svežega materiala: Ustvarite sveže materiale, ki so bolj primerni za 3D-tiskanje, vključno s titanovimi zlitinami, visokotemperaturnimi zlitinami in visoko zmogljivimi aluminijevimi zlitinami. Odlične fizične in predelovalne lastnosti teh novih materialov bi morale pomagati zadovoljiti stroge potrebe komponent vesoljskih ladij.
Izboljšanje procesa: Izboljšanje trenutnih tehnik 3D tiskanja bo pripomoglo k dvigu kakovosti komponent in učinkovitosti proizvodnje. Na primer, učinkovitost oblikovanja in zmogljivost delov je mogoče povečati z maksimiranjem laserskih parametrov, lastnosti prahu in tehnik naknadne obdelave.
Tehnično certificiranje je vzpostavitev celotnega sistema certificiranja in standardov, s čimer se krepijo prizadevanja za certificiranje za tehnologijo 3D-tiskanja kovin. To bo podprlo uvajanje in širjenje svežih tehnologij v letalskem in vesoljskem sektorju.
Okrepiti multidisciplinarno sodelovanje na področjih, vključno z znanostjo o materialih, strojništvom in računalništvom, da bi skupaj obravnavali fizične omejitve in tehnološke ovire kovinskega 3D-tiskanja pri načrtovanju komponent vesoljskih plovil.
https://www.china-3dprinting.com/metal-3d-printing/metal-3d-printed-racing-parts.html