Kompleksni letalski in vesoljski deli z notranjimi kanali, mrežastimi strukturami in topološko{0}}optimizirano geometrijo pogosto potisnejo tradicionalno CNC obdelavo do meja - velika poraba materiala, več nastavitev, dolgi dobavni roki in načrti, ki postanejo bodisi ogroženi ali postanejo pregrešno dragi. Ta vodnik pojasnjuje, zakaj 3D tiskanje aluminijevih zlitins selektivnim laserskim taljenjem (SLM) je postala praktična rešitev za proizvodnjo kovinskih 3D natisnjenih komponent v teh situacijah. Zajema dejanske omejitve običajne strojne obdelave, kako deluje SLM in svobodo oblikovanja, ki jo omogoča, zakaj je AlSi10Mg vodilni v vesoljskih aplikacijah, tipične mehanske lastnosti, primer-primer iz resničnega sveta, jasne primerjave stroškov in časa priprave ter posebne pogoje, pod katerimi je kovinsko 3D tiskanje boljše od CNC.
Omejitve tradicionalne obdelave kompleksnih geometrij
CNC ostaja odličen za številne dele. Pri zelo zapletenih geometrijah letalstva pa postanejo pomanjkljivosti očitne:
Dostop do orodja omejuje notranje funkcije. Globoki kanali ali zaprte rešetke običajno prisilijo, da se del razcepi in kasneje sestavi.
Običajno je razmerje med nakupom in-letom od 10:1 do 20:1. V praksi to pogosto pomeni, da se 85–95 % gredice spremeni v odrezke.
Več nastavitev zviša stroške in tveganje kopičenja toleranc-.
Časi priprave se podaljšajo, ko se kopičijo programiranje, pritrjevanje in zaporedne operacije.
Ko se sama geometrija bori s procesom, se projekt preoblikuje glede na proizvodne omejitve ali pa postane nepotrebno drag.
Kako SLM 3D tiskanje prototipov dejansko deluje
Selektivno lasersko taljenje sestavi del plast za plastjo iz kovinskega prahu. Visoko{1}}zmogljivi laser v celoti stopi prašek glede na razrezane podatke CAD. Neuporabljen prah se obnovi, zato je izkoristek materiala veliko večji od subtraktivnih metod.
Praktične prednosti se hitro pokažejo:
Notranji hladilni ali tekočinski kanali se lahko namestijo točno tam, kjer jih zahteva zmogljivost.
Trdne dele je mogoče nadomestiti z mrežastimi ali giroidnimi strukturami, ki ohranjajo togost med rezanjem mase.
Sklope je pogosto mogoče združiti v en kos, pri čemer se odstranijo pritrdilni elementi in morebitne poti puščanja.
To so razlogi, zakaj inženirji vedno bolj iščejo izkušeneSLM 3D tiskanje prototipovtovarna, ko je geometrija dela glavna omejitev.
Zakaj aluminijeve zlitine prevladujejo pri 3D tiskanju kovin v vesolju
AlSi10Mg ostaja zlitina delovnega konja za večino aplikacij 3D-tiskanja aluminijevih zlitin v vesolju. Ponuja močno kombinacijo razmerja med -močjo in-težo, toplotno prevodnostjo in možnostjo tiskanja.
Tipične mehanske lastnosti SLM AlSi10Mg
|
Lastnina |
Običajni obseg (kot-izdelano/toplotno{1}}obdelano) |
Praktične opombe |
|
Gostota |
>99.5% |
Skoraj-polna gostota je rutina z optimiziranimi parametri |
|
Končna natezna trdnost |
350–450 MPa |
Močno odvisno od toplotne obdelave |
|
Moč tečenja |
200–300 MPa |
- |
|
Raztezek |
5–12% |
Izboljša se s pravilnim zdravljenjem s T6 |
|
Približna meja utrujenosti |
70–110 MPa (kot-zgrajen) |
Znatno se izboljša s površinsko obdelavo in HIP |
|
Toplotna prevodnost |
visoko |
Uporabno za izmenjevalnike toplote in dele za upravljanje toplote |
Učinkovitost ob utrujenosti je ustrezna za številne sekundarne strukture in oklepaje, če se nadzor procesa in naknadna-obdelava izvajata pravilno. Certifikacijski okviri NASA, EASA in industrijskih združenj še naprej dozorevajo in dajejo kvalificiranim proizvajalcem jasnejšo pot za uporabo v vesolju.
Primer primera: Kovinske 3D natisnjene komponente, ki jih dobavlja Sunhingstones
Nedavni kupec iz letalske in vesoljske industrije je prišel k nam s strukturno aluminijasto komponento, ki je vključevala notranje rešetke in konformne kanale. Tradicionalne cene strojne obdelave so pokazale dolge dobavne roke in veliko odpadnega materiala. Zasnova bi zahtevala več nastavitev in bi še vedno predstavljala tveganje odpada.
Del smo izdelali iz AlSi10Mg z uporabo SLM. Rezultati:
Ena-izdelava blizu-neto-proizvodnje oblik namesto več-strojne obdelave
Pretočni čas se je zmanjšal s predvidenih 7–9 tednov (CNC pot) na približno 2,5 tedna, vključno z naknadno-obdelavo in pregledom
Opazno zmanjšanje teže zaradi oblikovanja rešetke, ki bi bilo nepraktično za stroj
Visok{0}}izkoristek prvega prehoda po standardni toplotni obdelavi in končni obdelavi
Stranka se je premaknila z razprav o preoblikovanju na funkcionalno strojno opremo, ne da bi pri tem naredila večje kompromise pri izvirni geometriji. To je praktični rezultat, ki ga išče večina ekip, ko iščejo zanesljivegaKovinske 3D natisnjene komponenteproizvajalec.
Kdaj je 3D tiskanje smiselno (in kdaj ne)
Kovinsko 3D tiskanje ni samodejno boljše ali cenejše. Najbolje deluje v posebnih pogojih. Spodnja primerjava odraža tipične rezultate, ki jih vidimo pri kompleksnih geometrijah letalstva:
CNC proti SLM za kompleksne letalske dele
|
Faktor |
Tradicionalni CNC |
SLM (AlSi10Mg) |
Praktična prednost |
|
Materialni odpadki |
Pogosto 10:1 – 20:1 |
Običajno 1,1:1 – 1,5:1 |
SLM |
|
Svoboda oblikovanja |
Omejeno z dostopom do orodja |
Visoka (rešetke, notranji kanali, konsolidacija delov) |
SLM |
|
Čas izvedbe prototipa |
4–12+ tednov |
1–3 tedne |
SLM |
|
Občutljivost stroškov |
Material + čas obdelave + pritrditev |
Strojni čas + prah + naknadna-obdelava |
Odvisno od geometrije |
|
Površinska obdelava |
Odlično kot-obdelano |
Za kritične površine je potrebna dodelava |
CNC |
|
Najboljše prileganje |
Srednji do velik volumen, preprostejše oblike |
Kompleksna geometrija, majhen do srednji volumen |
Odvisno-od konteksta |
Preprosti prizmatični deli v večjih količinah še vedno dajejo prednost CNC-ju. Hibridni pristopi - s tiskanjem skoraj-neto oblike in končno{3}}obdelavo samo kritičnih površin - pogosto dajejo najboljši splošni rezultat.
pogosta vprašanja
V: Ali je 3D natisnjen aluminij dovolj močan za vesoljske dele?
O: Za številne sekundarne strukture, nosilce, ohišja in toplotne izmenjevalnike, da, - ko je proces nadzorovan in je naknadna-obdelava primerna. Primarne kritične strukture zahtevajo popolne podatke o kvalifikacijah.
V: Kakšna je razlika med SLM in drugimi metodami 3D tiskanja kovin?
O: SLM popolnoma stopi prah in proizvede goste dele, primerne za strukturno uporabo. Drugi postopki, kot je brizganje veziva ali usmerjeno nanašanje energije, izpolnjujejo različne potrebe glede velikosti, stroškov ali popravila.
V: Kakšni so stroški izdelave prototipov za 3D tiskanje SLM v primerjavi s CNC?
O: Pri zapletenih geometrijah z visokimi razmerji med nakupom in -uporabo je SLM pogosto konkurenčen ali nižji, če upoštevamo materialne odpadke in več nastavitev. Pri preprostih delih običajno zmaga CNC.
V: Ali je mogoče 3D-natisnjene aluminijaste dele certificirati za uporabo v letalstvu?
O: Da, pod pogojem, da proizvajalec vzdržuje sledljivost materiala, nadzor procesa in sledi uveljavljenim kvalifikacijskim potem.
V: Koga bi morali iskati kot proizvajalca kovinskih 3D tiskanih komponent?
O: Izkušnje z aluminijevimi zlitinami-razreda za vesoljsko uporabo, dokumentirani sistemi kakovosti,-hišna naknadna-obdelava in pregledi ter zgodovina dostave funkcionalnih delov po urniku.
Če imate kompleksen del, ki povzroča težave trenutnim dobaviteljem, pošljite risbo. Brez nepotrebnega optimizma vam bomo neposredno ocenili, ali je aluminij SLM boljša pot -, ki bo zajemala izdelovalnost, pričakovane lastnosti, dobavni rok in stroške -.
Sunhingstones se osredotoča na kovinske 3D tiskane komponente za vesoljsko in druge zahtevne aplikacije. Kontaktirajte nas, ko je sama geometrija glavna omejitev.