Với độ chính xác, hiệu quả và hiệu suất cao, công nghệ in 3D kim loại đã mang lại những cải tiến căn bản cho lĩnh vực sản xuất hàng không vũ trụ trong thời đại công nghệ hàng không vũ trụ phát triển nhanh chóng ngày nay. Đặc biệt trong việc sử dụng hợp kim mật độ thấp và độ bền cao, kỹ thuật này giúp giảm đáng kể chi phí sản xuất và chu kỳ sản xuất bên cạnh việc nâng cao chất lượng sản xuất bộ phận. Hai hợp kim có độ bền cao và mật độ thấp phổ biến là hợp kim titan và hợp kim nhôm đã cho thấy hiệu suất vượt trội trong in 3D kim loại trong lĩnh vực hàng không vũ trụ.
Hiệu suất in hợp kim titan 3-D
Do độ bền cao, mật độ thấp và khả năng chống ăn mòn tuyệt vời, hợp kim titan hoàn toàn không thể thiếu trong lĩnh vực in 3D kim loại. Hợp kim titan có ứng dụng đặc biệt rộng rãi trong ngành hàng không vũ trụ. Chúng không chỉ làm nhẹ máy bay mà còn duy trì hiệu suất ổn định trong môi trường đòi hỏi khắt khe. Bằng công nghệ in 3D, hợp kim titan có thể được sản xuất để tạo ra các bộ phận có thiết kế phức tạp và hiệu suất vượt trội, bao gồm khung, cánh cho động cơ hàng không, v.v., từ đó nâng cao độ tin cậy và hiệu suất của máy bay.
Trong số hai kỹ thuật thường được sử dụng trong công nghệ in kim loại 3D cho các bộ phận hợp kim titan là nấu chảy bằng laser chọn lọc (SLM) và nấu chảy bằng chùm tia điện tử (EBM), chủ yếu phụ thuộc vào công nghệ nấu chảy lớp bột. Sử dụng chùm tia laze hoặc chùm điện tử năng lượng cao, những công nghệ này phủ lên bột hợp kim titan để tạo ra hình dạng bộ phận mong muốn. Các mảnh in có độ chính xác về kích thước và chất lượng bề mặt tốt nhờ sự kiểm soát chính xác của chùm tia laser hoặc điện tử cũng như sự phân bố đồng nhất của bột hợp kim titan; chúng có thể được sử dụng ngay mà không cần xử lý thêm.
Ngoài việc nâng cao độ chính xác trong sản xuất và chất lượng sản phẩm, công nghệ in 3D hợp kim titan còn thúc đẩy đáng kể việc tiết kiệm vật liệu. Dựa trên dữ liệu mô hình ba chiều của các bộ phận, nó có thể quản lý chính xác số lượng vật liệu được sử dụng, do đó ngăn ngừa thất thoát và lãng phí vật liệu trong quá trình xử lý tiếp theo. Hơn nữa, hợp kim titan in 3D khá tốt trong việc xử lý các thành phần cong phức tạp. Tích lũy từng lớp cho phép người ta dễ dàng xây dựng các vật phẩm có đường cong, hình thức hoặc khoang phức tạp mà không yêu cầu kỹ thuật cắt và xử lý tốn nhiều công sức.
Ngoài cánh và khung động cơ, công nghệ in 3D hợp kim titan còn được ứng dụng rộng rãi trong ngành hàng không vũ trụ để sản xuất các bộ phận quan trọng của tàu vũ trụ, bao gồm bộ phận hạ cánh và các kết nối. Những bộ phận này đòi hỏi mật độ thấp và độ bền cao cũng như khả năng chống mỏi và ăn mòn tốt. Những nhu cầu này có thể được đáp ứng và hiệu suất cũng như độ tin cậy của tàu vũ trụ được nâng cao nhờ công nghệ in 3D bằng hợp kim titan.
Hiệu suất in ba chiều hợp kim nhôm
Do trọng lượng nhẹ, độ bền cao và khả năng dẫn nhiệt tốt, hợp kim nhôm cũng được ưa chuộng hơn trong lĩnh vực in 3D kim loại. Công nghệ in 3D hợp kim nhôm được ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực hàng không vũ trụ và ô tô để sản xuất các bộ phận nhẹ bao gồm bộ tản nhiệt, giá đỡ động cơ, v.v. Bằng thiết kế thông minh, các kỹ sư có thể tạo ra các bộ phận nhẹ và chắc chắn, nhờ đó nâng cao khả năng tiết kiệm nhiên liệu và hiệu suất sản phẩm .
Đặc biệt là công nghệ nấu chảy laser chọn lọc (SLM), công nghệ nấu chảy bột nền giúp công nghệ in 3D hợp kim nhôm cũng được cải tiến. Dưới hoạt động của chùm tia laze, bột hợp kim nhôm tan chảy và đông đặc từng lớp được tạo thành với độ chính xác cao và các bộ phận có chất lượng bề mặt tuyệt vời. Cùng với việc giảm đáng kể chi phí sản xuất và chu kỳ sản xuất, công nghệ in 3D hợp kim nhôm giúp nâng cao độ chính xác và chất lượng sản phẩm.
Chế tạo hình dạng phức tạp đặc biệt đòi hỏi công nghệ in 3D bằng hợp kim nhôm. Ví dụ, trong lĩnh vực hàng không vũ trụ, vỏ máy bay, khung giàn dài, tấm tường và các bộ phận khác được sản xuất rộng rãi từ hợp kim nhôm. Những bộ phận này không chỉ đòi hỏi mật độ thấp và độ bền cao mà còn có khả năng tạo hình đặc biệt và khả năng chống ăn mòn. Những nhu cầu này có thể được đáp ứng và hiệu quả sản xuất cũng như chất lượng bộ phận được nâng cao bằng cách sử dụng công nghệ in 3D hợp kim nhôm.
Hơn nữa, phù hợp để chế tạo các hợp kim có hiệu suất độc đáo với khả năng chịu nhiệt độ cao, độ bền cao và độ bền cao là công nghệ in 3D hợp kim nhôm. Ví dụ, các thành phần chính của cơ chế triển khai linh hoạt của mô-đun thí nghiệm điều tra cánh mặt trời trên bầu trời và bộ điều hợp của một số tủ thí nghiệm đã được sử dụng hiệu quả hỗn hợp ma trận nhôm mới do Viện Kim loại thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc phát triển. Những hợp kim hiệu suất độc đáo này có thể đáp ứng các yêu cầu cụ thể của vật liệu hiệu suất cao trong lĩnh vực hàng không vũ trụ nhờ mật độ thấp và độ bền cao cũng như khả năng chống mài mòn mạnh, hiệu suất giảm xóc tốt và chống mỏi.
Lợi ích của hợp kim mật độ thấp và độ bền cao cho việc sử dụng máy bay
Sử dụng kim loại mật độ thấp và cường độ cao trong ngành hàng không vũ trụ không chỉ nâng cao chất lượng sản xuất mà còn mang lại nhiều lợi ích khác nhau. Trước hết, những hợp kim này có thể làm nhẹ đáng kể máy bay, tăng hiệu suất bay và tiết kiệm nhiên liệu. Ví dụ, các bộ phận được sản xuất có trọng lượng nhẹ hơn do mật độ của hợp kim titan và hợp kim nhôm thấp hơn nhiều so với mật độ của vật liệu kim loại thông thường như thép không gỉ.
Thứ hai, hợp kim mật độ thấp có độ bền cao có thể duy trì hiệu suất ổn định trong các điều kiện đòi hỏi khắt khe và cho thấy khả năng chống ăn mòn và chống mỏi tốt. Ví dụ, đối với các bộ phận sản xuất chạy trong môi trường ăn mòn, hợp kim titan có khả năng chống chịu tốt với môi trường ăn mòn bao gồm axit và kiềm. Khả năng định hình tốt và khả năng chống ăn mòn của hợp kim nhôm khiến nó thích hợp để sản xuất các bộ phận có hình dạng phức tạp.
Hơn nữa, việc nâng cao hiệu quả sử dụng tài nguyên và sản xuất là các công nghệ in 3D của hợp kim mật độ thấp và độ bền cao. Lãng phí và thất thoát vật liệu trong quá trình xử lý sau này đã được giảm bớt bằng cách kiểm soát chính xác mức tiêu thụ vật liệu bằng cách sử dụng kỹ thuật sản xuất tích lũy từng lớp. Đồng thời, công nghệ in 3D có thể nhanh chóng tạo ra các bộ phận có hình dạng phức tạp, cắt giảm chu kỳ sản xuất và giảm chi phí sản xuất.
https://www.china-3dprinting.com/metal-3d-printing/3d-printed-prototype-of-lightweight-rocket.html