In 3D kim loại đã được áp dụng cho khuôn mẫu hàng không vũ trụ chưa?

1. Khả năng thích ứng công nghệ: vượt qua các rào cản vật chất và tài chính của sản xuất truyền thống
Khuôn hàng không vũ trụ cần phải có thiết kế kênh phức tạp, xử lý bề mặt có độ chính xác-cao, cấu trúc nhẹ và khả năng chịu được các điều kiện khắc nghiệt. Công nghệ in 3D kim loại đáp ứng được tất cả những nhu cầu đó với những tính năng sau:
Thiết kế kênh làm mát phù hợp
Hệ thống làm mát khuôn điển hình sử dụng công nghệ khoan nhưng bị hạn chế bởi cấu trúc của khuôn. Điều này có thể gây ra vấn đề làm mát không đồng đều và có thể dẫn đến các điểm nóng. In 3D kim loại có thể dính vào các khoang khuôn bằng cách sử dụng tối ưu hóa cấu trúc liên kết để xây dựng các kênh làm mát ở bất kỳ hình dạng nào. Ví dụ: Platinum Technology đã chế tạo khuôn ống uốn cong đánh lửa cho Blue Arrow Aerospace sử dụng đường thủy phù hợp để cắt giảm 35% chu kỳ ép phun. Tỷ lệ chứng nhận sản phẩm đã tăng từ 85% lên 96%. Loại kỹ thuật này có thể làm giảm đáng kể nồng độ ứng suất nhiệt trong khuôn dành cho cánh động cơ máy bay và làm cho khuôn bền hơn.
Tích hợp chức năng và bề mặt có độ chính xác cao-
Khuôn hàng không vũ trụ cần bề mặt rất mịn và in 3D kim loại có thể tạo ra các bề mặt có độ nhám Ra Nhỏ hơn hoặc bằng 0,8 μm bằng cách thay đổi công suất laser, phương pháp quét và đặc tính bột. Chẳng hạn, khuôn khớp hông bằng hợp kim titan do máy in Platinum A160 chế tạo có cấu trúc siêu nhỏ trên bề mặt (với độ xốp từ 60% đến 80%) đáp ứng ngay tiêu chuẩn tương thích sinh học nên không cần đánh bóng sau khi in. Ngoài ra, in 3D kim loại có thể in bằng nhiều vật liệu cùng một lúc. Ví dụ: Laser Luminescent đã tạo ra khuôn buồng đẩy đa vật liệu bằng hợp kim nhiệt độ cao-bằng hợp kim{10}}có thêm lớp gia cố GH4169 lên bề mặt của đế đồng bằng công nghệ phủ laze. Điều này cân bằng độ dẫn nhiệt và độ bền kết cấu.
Tối ưu hóa cấu trúc liên kết và nhẹ
Để tiết kiệm năng lượng và giúp việc vận chuyển hiệu quả hơn, các khuôn hàng không vũ trụ cần phải nhẹ nhất có thể nhưng vẫn bền. Cấu trúc mạng mô phỏng sinh học và lớp gia cố-có thành mỏng có thể giúp in 3D kim loại tiết kiệm hơn 30% trọng lượng. Ví dụ: Platinum Technology đã tạo ra khuôn in 3D cho một cấu trúc vệ tinh nhất định sử dụng thiết kế dạng lưới. Thiết kế này giúp giảm 40% trọng lượng mà vẫn chắc chắn. Nó đã được sử dụng thành công trong dự án vệ tinh in 3D lớn nhất của Trung Quốc trong không gian.
Nhanh chóng thực hiện các thay đổi và các đợt nhỏ
Sản xuất khuôn truyền thống phải mất vài tháng để mở khuôn, trong khi in 3D kim loại có thể nhanh chóng chuyển đổi các mô hình khuôn bằng cách sử dụng tùy chọn "in một cú nhấp chuột". Điều này rất quan trọng đối với các sản phẩm hàng không vũ trụ vì chúng có chu kỳ lặp lại ngắn. Ví dụ, thiết bị in 3D của Wisconsin có thể in bằng nhiều tia laser cùng lúc. Nó có thể tạo ra 200 sản phẩm mỗi ngày và chi phí mỗi sản phẩm thấp hơn 40% so với phương pháp truyền thống. Điều này đẩy nhanh chu trình nghiên cứu và phát triển động cơ tên lửa mới lên rất nhiều.
2. Các trường hợp sử dụng phổ biến: bao gồm mọi thứ từ các thành phần chính cho đến toàn bộ chuỗi ngành
Công nghệ in 3D kim loại đã xâm nhập vào nhiều lĩnh vực quan trọng của khuôn mẫu hàng không vũ trụ, tạo ra giải pháp quy trình hoàn chỉnh từ xác minh thiết kế đến sản xuất hàng loạt:
Khuôn cho các bộ phận động cơ
In 3D kim loại thường được sử dụng để chế tạo khuôn cho các bộ phận thiết yếu như cánh tuabin và buồng đốt trong động cơ máy bay. Khuôn ống uốn cong đánh lửa động cơ YF-75DA do Platinum và Blue Arrow Aerospace hợp tác tạo ra, giúp giảm nguy cơ nứt do phương pháp hàn tiêu chuẩn bằng cách sử dụng khuôn tích hợp. Điều này làm cho khuôn tồn tại lâu hơn 50%. GE Aviation cũng sử dụng công nghệ in 3D kim loại để chế tạo khuôn cho vòi phun nhiên liệu, giúp giảm thời gian giao hàng xuống một nửa và giảm 30% chi phí.
Khuôn cho các bộ phận kết cấu của tàu vũ trụ
Làm khuôn cho các bộ phận kết cấu lớn như vệ tinh và phần tên lửa cần những vật liệu có kích thước rất chắc chắn và chính xác. Thiết bị laser LiM-X650 in khuôn cho một khu vực nhất định của khoang tên lửa. Nó bao gồm một hợp kim nhôm mạnh mẽ và nhẹ. Tối ưu hóa cấu trúc liên kết cải thiện hiệu suất cấu trúc và cấu trúc mạng cục bộ được phát triển để loại bỏ các bộ phận thừa và đáp ứng các tiêu chí nhẹ. Khuôn này đã được sử dụng thành công để chế tạo giai đoạn thứ hai của lõi tên lửa Chang Ba Jia, giúp đẩy nhanh quá trình sản xuất một cách đáng kể.
Khuôn trao đổi nhiệt và mất nhiệt
Thiết bị hàng không vũ trụ hoạt động trong điều kiện rất khắc nghiệt và khuôn tản nhiệt có tiêu chuẩn hoạt động rất nghiêm ngặt. Khuôn vây tản nhiệt bằng đồng nguyên chất do Platinum Technology sản xuất có độ dày gradient từ 0,5mm đến 1mm. Điều này, cùng với tính dẫn nhiệt cao của đồng nguyên chất, giúp nó tản nhiệt hiệu quả hơn 40% so với các loại khuôn thông thường. Người ta đã sử dụng loại nấm mốc này rất nhiều ở những nơi như buồng đẩy động cơ tên lửa và hệ thống kiểm soát nhiệt vệ tinh.
Sửa chữa và tái sản xuất khuôn mẫu
Việc khắc phục sự mài mòn hoặc vết nứt của khuôn trên thiết bị hàng không vũ trụ sau khi nó đã được sử dụng một thời gian dài sẽ tốn rất nhiều chi phí. Sử dụng kỹ thuật đảo ngược, in 3D kim loại có thể nhanh chóng tạo ra các bản sao của khoang khuôn. Nó cũng có thể khắc phục những hư hỏng cục bộ bằng kỹ thuật in ghép. Ví dụ: hệ thống ghép tự động các bộ phận của hệ thống Platinum có độ chính xác ghép là 0,05mm, giúp giảm một nửa chi phí sửa chữa so với các phương pháp trước đó và tăng tốc chu kỳ sửa chữa lên 70%.
3. Tạo dựng hệ sinh thái công nghiệp: từ tiến bộ công nghệ lớn đến ứng dụng lớn
Việc sử dụng rộng rãi in 3D kim loại trong ngành kinh doanh khuôn mẫu hàng không vũ trụ là kết quả của những ý tưởng mới đến từ cả cấp trên và cấp dưới của chuỗi ngành.
Ý tưởng mới về công cụ và vật liệu
Bolite và Huashu High Tech là hai công ty trong nước đã phát hành một số máy in 3D kim loại-cấp công nghiệp có thể tạo ra các vật thể khổng lồ, đa{2}}vật liệu và có-độ chính xác cao. Ví dụ: Platinum BLT-S1500 bao gồm hệ thống quét đồng bộ 26{{9} laser có thể in nhanh hơn 10 lần so với thiết bị laser đơn-tiêu chuẩn và chế tạo các bộ phận hàng không vũ trụ có đường kính 1,5 mét. Xi'an Sailong Metal đã tạo ra bột hợp kim titan hình cầu có khả năng chảy dẻo hơn 30%, nghĩa là nó có thể được in với độ chính xác cao hơn. Thiết bị MT800H của AVIC Maite có thể in hợp kim nhiệt độ cao làm từ niken{16}}để đáp ứng nhu cầu của các bộ phận đầu nóng của động cơ.
Thiết lập tiêu chuẩn và tối ưu hóa quy trình
Lĩnh vực hàng không vũ trụ có tiêu chí rất cao về chất lượng khuôn và cần đặt ra các hướng dẫn chặt chẽ về cách thức vận hành các quy trình. Ví dụ: thư viện quy trình thông minh của Platinum Technology kết hợp hơn 100.000 bộ thông số vật liệu và giúp bạn dễ dàng tìm ra giải pháp in ấn tốt nhất chỉ bằng một cú nhấp chuột. Giải pháp in 3D kim loại cấp công nghiệp-do Huashu High Tech và Siemens tạo ra sử dụng phân tích ghép nối nhiều trường vật lý-để tìm ra đường in tốt nhất và giảm nguy cơ biến dạng. Ngoài ra, các công ty ở Mỹ đang tích cực tham gia vào việc tạo ra các tiêu chuẩn quốc tế như ISO/ASTM, khuyến khích việc sử dụng công nghệ theo cách tiêu chuẩn hóa.
Những cách mới để cung cấp dịch vụ
Các công ty in 3D kim loại đang thay đổi từ "nhà cung cấp thiết bị" thành "nhà cung cấp dịch vụ trọn đời". Ví dụ: Bolite sử dụng nền tảng IoT để cảnh báo khách hàng về các sự cố của thiết bị, chẩn đoán từ xa và gửi cho họ các bộ phận. Khách hàng của họ đến từ các ngành như hàng không vũ trụ và sản xuất ô tô. Huashu High Tech đã tạo ra mô hình phân phối tất cả-trong-"phần cứng+phần mềm+dịch vụ" để giúp khách hàng vượt qua các thách thức kỹ thuật.