Với sự phát triển công nghệ ngày càng nhanh, công nghệ in 3D kim loại đã trở thành công cụ sáng tạo chính trong lĩnh vực hàng không vũ trụ. Phương pháp này không chỉ nâng cao đáng kể độ chính xác và hiệu quả sản xuất mà còn thúc đẩy việc nghiên cứu và ứng dụng vật liệu hợp kim mới. Vì chúng đang cải tiến mạnh mẽ thiết kế, chế tạo và bảo trì máy bay nên những hợp kim mới này - với những tính năng độc đáo của chúng - ngày càng trở nên quan trọng trong ngành hàng không vũ trụ.
In 3D kim loại là một kỹ thuật sản xuất bồi đắp phức tạp, trong đó các vật thể ba chiều được tạo ra từng lớp một, thu thập các hạt hoặc dây kim loại. Ít vật liệu được sử dụng trong in 3D kim loại hơn so với các phương pháp sản xuất truyền thống như đúc, rèn và cắt; nó cũng mang lại chu kỳ sản xuất nhanh hơn và nhiều quyền tự do thiết kế hơn. Đặc biệt trong việc sản xuất các bộ phận cấu trúc phức tạp, những ưu điểm này đã dẫn đến ứng dụng rộng rãi của in 3D kim loại trong ngành công nghiệp máy bay.
Sự phát triển hợp kim mới là một trong những động lực chính cho tiến bộ khoa học trong in 3D kim loại. Cùng với sức mạnh đặc biệt, độ dẻo dai cao và khả năng chống ăn mòn mạnh, những hợp kim mới này có chất lượng nhẹ và hiệu suất tốt ở nhiệt độ cao. Từ các bộ phận cấu trúc đến các bộ phận động cơ đến hệ thống bảo vệ nhiệt, những tính năng này mang lại cơ hội ứng dụng đáng kể cho hợp kim mới trong lĩnh vực máy bay.
Sử dụng hợp kim nhiệt độ cao tăng cường phân tán oxit crom coban niken (ODS) GRX-810, được phát triển với sự liên kết giữa NASA và Elementum 3D, hợp kim này cho thấy khả năng chống rão, độ bền và khả năng chống oxy hóa vượt trội ở nhiệt độ cao. Độ bền và khả năng chống oxy hóa của GRX-810 đã tăng gấp đôi và khả năng chống rão của nó, so với các hợp kim nhiệt độ cao được in thông thường, đã được tăng cường gấp 1000 lần. Điều này làm cho GRX-810 trở thành vật liệu phù hợp để tạo ra các bộ phận động cơ mỏng hơn và nhỏ hơn, từ đó cải thiện khả năng tiết kiệm nhiên liệu, chi phí vận hành và độ bền. Hơn nữa, còn phù hợp để sản xuất các bộ phận hoạt động ở nhiệt độ hoạt động cao hơn, bao gồm cả vòi phun của động cơ tên lửa, GRX-810 là
Ngoài GRX-810, các hợp kim mới trong in 3D kim loại còn bao gồm Hợp kim Niken EOS IN738 và Hợp kim Niken EOS K500. Độ bền cao, khả năng chịu nhiệt và khả năng chống ăn mòn vượt trội khiến IN738 trở thành siêu hợp kim gốc niken hiệu suất cao hoàn hảo để chế tạo các cánh tuabin và các bộ phận năng lượng hiệu suất cao khác cũng như các hệ thống máy móc tuabin chạy dưới áp suất cực lớn. EOS IN738 có thể giảm thiểu đáng kể sự hư hỏng trong các ứng dụng áp suất cao và chịu được nhiều điều kiện nhiệt độ hơn so với các siêu hợp kim thông thường. Do đó, đối với lĩnh vực máy bay tạo ra các bộ phận đáng tin cậy và hiệu quả, IN738 là một lựa chọn hoàn hảo.
Được phát triển theo yêu cầu của một công ty phóng tàu vũ trụ lớn, K500 kết hợp các tính năng của hợp kim niken và hợp kim đồng để mang lại sự kết hợp cân bằng giữa độ bền và độ dẫn nhiệt khiêm tốn. Vật liệu này khá thích hợp cho các ứng dụng xử lý hóa học và hàng hải như máy bơm và van cũng như chế tạo các bộ phận ứng dụng trong không gian bao gồm bộ đẩy và vòi phun. Trong các vật liệu in 3D, việc ra mắt K500 đã thu hẹp khoảng cách giữa độ bền cơ học và độ dẫn nhiệt, do đó mang đến cho ngành hàng không vũ trụ nhiều lựa chọn hơn.
Hơn nữa, các chuyên gia từ Phòng thí nghiệm Quốc gia Oak Ridge (ORNL) và Phòng thí nghiệm Công nghệ Năng lượng Quốc gia (NETL) đã thiết kế và in 3D một cách hiệu quả loại hợp kim nhẹ nhất và không có vết nứt cho đến nay. Bao gồm bảy nguyên tố, hàm lượng niobi cao, hợp kim này có cấu trúc hợp kim phức tạp. Điểm nóng chảy cao hơn ít nhất 48% so với các siêu hợp kim niken coban trước đây, nó có thể chịu được nhiệt độ cao trên 1315 độ mà không tan chảy. Ngoài việc cải thiện chất lượng sản xuất phụ gia của các cánh tuabin, bước đột phá giàu trí tưởng tượng này còn giúp giảm trọng lượng của máy bay và tuabin khí, đồng thời cải thiện hiệu suất chung.
Các nhà sản xuất máy bay nhận thấy ứng dụng tuyệt vời của các hợp kim mới được phát triển được tạo ra bằng in 3D kim loại. Ví dụ, các hợp kim mới có thể được phát triển để chế tạo các bộ phận quan trọng của động cơ như miếng đệm cách ly nhiệt độ cao, cánh tuabin và buồng đốt. Hợp kim mới là lựa chọn lý tưởng vì độ bền nhiệt độ cao, khả năng chống ăn mòn và khả năng chống mài mòn cho phép nó để chịu được môi trường hóa học và tải nhiệt lớn. Hơn nữa, hợp kim mới cho phép sản xuất các bộ phận quan trọng bao gồm các phần kết cấu và hệ thống bảo vệ nhiệt, từ đó cải thiện tính an toàn và hiệu suất chung của máy bay.
Các hợp kim mới trong in 3D kim loại không chỉ cải tiến công nghệ máy bay mà còn mang lại cơ hội sáng tạo cho nhiều lĩnh vực khác. Ví dụ, các hợp kim mới có thể được tạo ra cho ngành năng lượng để chế tạo các bộ phận cũng như bộ phận kết cấu của tuabin khí mạnh mẽ và hiệu quả hơn cho các lò phản ứng điện hạt nhân. Ngành y tế nhận thấy việc sử dụng các hợp kim mới trong việc sản xuất các thiết bị và mô cấy có độ chính xác và đáng tin cậy hơn. Những ứng dụng này không chỉ mở rộng phạm vi khả năng của công nghệ in 3D kim loại mà còn hỗ trợ nâng cấp công nghiệp trong các lĩnh vực liên quan và tiến bộ công nghệ trong các lĩnh vực thích hợp.
https://www.china-3dprinting.com/metal-3d-printing/lightweight-fluid-manifold-with-3d-printing.html