Trong Triển lãm In 3D TCT Châu Á và Triển lãm Hàng không Chu Hải năm nay, "sản xuất hàng loạt" đã trở thành từ vựng mới nhất để mô tả công nghệ in 3D kim loại. "Cung cấp nhiều khả năng hơn để sản xuất hàng loạt các bộ phận hàng không vũ trụ" và "để sản xuất hàng loạt" không chỉ khiến chúng tôi tự hỏi, liệu in 3D kim loại có phát triển nhanh và đáng tin cậy như vậy không?
Lý do để chủ sở hữu thương hiệu công khai như vậy là bởi vì có những trường hợp đáng tin cậy để hỗ trợ cho luận điệu này. Điển hình nhất có thể kể đến GE Aviation đã đạt thành tích chế tạo hơn 100000 đầu vòi phun và ứng dụng chúng vào những động cơ tiên tiến nhất:
GE9X trên Boeing 777X
LEAP-1A trên Airbus A320 NEO
LEAP-1B do Boeing 737MAX chở
LEAP-1C trên C919 tiếng Trung
Nó kết hợp 20 bộ phận được chế tạo bằng cách hàn thành một tổng thể chính xác, giúp giảm 25% trọng lượng của sản phẩm so với thế hệ trước, cải thiện độ bền gấp 5 lần và tăng 30% hiệu quả chi phí . Cấu trúc tính năng phức tạp của nó chỉ yêu cầu Nó có thể được sản xuất bằng quy trình in 3D. Thành công của trường hợp này cho thấy in 3D kim loại là khả thi để sản xuất hàng loạt.
Mặc dù các trường hợp sản xuất hàng loạt kim loại in 3D trong lĩnh vực hàng không vũ trụ chưa được công bố trong nước, nhưng vẫn có thể nắm bắt được manh mối. Trong trường hợp ứng dụng mới nhất của Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Hàng không Vũ trụ lần thứ sáu, có tuyên bố rằng trong quá trình phát triển và sản xuất động cơ dầu hỏa oxy lỏng chu trình mở 85-tấn, "các thành phần chính của in 3D đã được kiểm tra hàng chục lần trong các bài kiểm tra dài hạn. đánh giá". Điều này chứng minh từ một phía rằng chất lượng của các bộ phận được sản xuất bằng công nghệ in 3D kim loại là đáng tin cậy và có thể được lĩnh vực hàng không vũ trụ chấp nhận. Tiếp theo, từ quan điểm sản xuất, những yếu tố nào ảnh hưởng đến sản xuất hàng loạt trong lĩnh vực hàng không vũ trụ sẽ được mô tả.
1. Tính nhất quán của sản phẩm, yếu tố chính để sản xuất lặp lại
Việc thực hiện sản xuất hàng loạt có nghĩa là mỗi bộ phận được sản xuất bằng in 3D kim loại trong một lô hoặc nhiều lô hoàn toàn nhất quán về chất lượng, hiệu suất và độ chính xác về kích thước của bộ phận, nghĩa là công nghệ đã đạt được chất lượng sản xuất lặp lại. Điều này đặt ra những yêu cầu khắt khe về thiết bị in và tiêu chuẩn quy trình.
Việc điều chỉnh thiết bị phải đáp ứng các tiêu chuẩn nghiêm ngặt và có thể đạt được chất lượng sản xuất lặp lại, để có các điều kiện cơ bản cho sản xuất hàng loạt. Nhưng đây chỉ là một mô tả có hệ thống, nhưng nó liên quan đến một phạm vi rộng, chẳng hạn như loại bỏ khói và điều chỉnh luồng không khí trong không gian tạo hình trong quá trình in, kiểm soát ổn định công suất laser và điều chỉnh năng lượng của từng bộ phận. nền tảng trong phạm vi chấp nhận được, in Kiểm soát hàm lượng oxy trong buồng và xử lý hậu kỳ cần thiết sau khi hoàn thành việc xây dựng, v.v., số lượng cảm biến cần bố trí có thể lên tới hàng nghìn. GE cũng đã tiến hành nghiên cứu, phân tích và chuyển đổi chi tiết trên các máy in Concept Laser đã mua để đáp ứng năng lực sản xuất hàng loạt.
2. Các kỹ sư được đào tạo bài bản rất quan trọng
Đối với công nghệ in 3D kim loại, nhất định phải có nhiều kiến thức chuyên môn, nhưng không đòi hỏi một người phải đa kỹ năng. Công nghệ này liên quan đến rất nhiều chi tiết kỹ thuật, chẳng hạn như thiết kế cho sản xuất phụ gia, vận hành và bảo trì lành nghề, phát triển quy trình in và kiểm soát chất lượng vật liệu, xử lý hậu kỳ, v.v.
Hầu như tất cả các quy trình liên quan này sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến việc liệu chất lượng sản xuất của sản phẩm có đồng nhất hay không. Đối với các nhà cung cấp cam kết cung cấp dịch vụ cho ngành hàng không vũ trụ, nhân tài trong các liên kết này là không thể thiếu, đặc biệt là những kỹ sư được đào tạo bài bản. Phát triển các kỹ sư với những kỹ năng chuyên môn này là tốn kém và tốn thời gian, nhưng cần thiết.
3. Chi phí sản xuất phải tiếp tục giảm
Cần chỉ ra rằng công nghệ in 3D sẽ không được áp dụng rộng rãi và sản xuất hàng loạt trừ khi lợi tức đầu tư vượt quá các phương pháp sản xuất hiện có khác. Đối với lĩnh vực hàng không vũ trụ, chi phí dường như không phải là điều quan trọng nhất, nhưng chi phí vẫn ảnh hưởng đến việc có thể sản xuất hàng loạt hay không.
Chi phí cao của máy tự nó là một vấn đề lớn. Tuy nhiên, sau mười năm tích lũy công nghệ và lặp đi lặp lại R&D, chi phí thiết bị của máy in 3D đã giảm đáng kể so với những ngày đầu. Tương tự như vậy, có một xu hướng nhất quán trong chi phí nguyên vật liệu. Bất kể từ góc độ công nghệ trưởng thành hay từ góc độ cạnh tranh, việc giảm chi phí sản xuất liên tục là không thể tránh khỏi.
4. Sẽ ngày càng có nhiều điều chỉnh và sản xuất tự động
Giảm thiểu lỗi của con người là rất quan trọng đối với sản xuất bồi đắp kim loại. Ví dụ: khi điều chỉnh các thông số về kích thước điểm và chồng chéo nhiều tia laser, phán đoán của các kỹ sư có thể khác nhau. Do đó, một số nhà sản xuất thiết bị như Farsoon Hi-Tech đã độc lập phát triển một "hệ thống hiệu chuẩn thông minh đa tia laser" để giải quyết thách thức về tính nhất quán chồng chéo của nhiều tia laser ở mức độ lớn nhất, giúp chất lượng và hiệu suất in đồng đều hơn.
Các lỗi khác do con người gây ra bao gồm san phẳng bề mặt xây dựng, làm sạch bột các bộ phận bên trong đường ống, loại bỏ vật liệu hỗ trợ và xử lý sau. Phần mềm và phần cứng hiện tại đang làm cho các quy trình này trở nên thông minh hơn. Mặc dù mức độ tự động hóa hiện nay vẫn còn nhiều hạn chế nhưng có thể thấy đây sẽ là một xu thế.
tóm tắt
Những lợi thế ứng dụng của công nghệ sản xuất phụ gia kim loại trong lĩnh vực hàng không vũ trụ bao gồm thiết kế tự do, sử dụng vật liệu cao, chi phí sản xuất thấp và sản xuất nhanh. Sau khi trải qua những nghi ngờ ban đầu, nó bắt đầu phát triển nhanh chóng.
In 3D kim loại không chỉ là "có thể in được", hiệu suất phải đáp ứng các yêu cầu cài đặt, sản xuất hàng loạt phải ổn định, hiệu quả và nhất quán, chi phí phải tiếp tục giảm và khả năng đổi mới của thiết kế và cải tiến quy trình và nâng cấp phải tiếp tục cải thiện. Chỉ bằng cách này, nó mới có thể trở thành một phần không thể thiếu trong chuỗi cung ứng sản xuất và quy trình từng là "không chính thống" này mới có thể tồn tại trong mùa đông lạnh giá.