Vì lĩnh vực máy bay là lĩnh vực sử dụng nhiều công nghệ cao nên hiệu suất của các bộ phận kim loại chủ yếu quyết định hiệu suất của thiết bị cao cấp. Khi các động cơ hàng không mới, máy bay cỡ lớn, phương tiện phóng thế hệ mới và các sản phẩm hàng không vũ trụ khác cũng như các vật liệu mới được phát triển, nhu cầu về công nghệ sản xuất cũng thay đổi theo. Về vấn đề này, in 3D kim loại - đặc biệt là in 3D hợp kim nhôm - đã biến đổi căn bản lĩnh vực hàng không vũ trụ.
1 Ứng dụng của hợp kim nhôm trong lĩnh vực hàng không vũ trụ: nền tảng
Do cường độ riêng lớn - tức là tỷ lệ cường độ trên trọng lượng cao - chất lượng nhiệt tuyệt vời - tức là khả năng hấp thụ nhiệt và chống ăn mòn thấp, hợp kim nhôm đã được ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực hàng không vũ trụ. Với độ khó kỹ thuật cao, phụ cấp xử lý vật liệu rộng, tỷ lệ sử dụng kém, chu kỳ sản xuất dài và chi phí cao, các quy trình sản xuất truyền thống bao gồm đúc, rèn, hàn và gia công cơ khí có thể cần thiết bị nặng và khuôn mẫu lớn. Dựa trên dữ liệu mô hình 3D, công nghệ in 3D kim loại xếp chồng vật liệu theo từng lớp tùy thuộc vào tia laser, chùm tia điện tử hoặc hồ quang làm nguồn nhiệt, nhanh chóng hoàn thành quá trình hình thành trực tiếp gần lưới các thành phần kim loại phức tạp khổng lồ hiệu suất cao. Đây là công nghệ sản xuất xanh, ít carbon.
2 Đặc điểm chính của kim loại hợp kim nhôm in 3D
Hợp kim nhôm là vật liệu hoàn hảo để nhắm đến trọng lượng nhẹ trong lĩnh vực hàng không vũ trụ vì mật độ của nó chỉ bằng 1/3 so với thép và một nửa so với titan. Thiết kế thành phần có thể được cải thiện hơn nữa để tiết kiệm trọng lượng trong khi vẫn giữ được độ bền nhờ công nghệ in 3D.
Độ bền và độ dẻo dai cao: Tuy nhiên, độ bền của hợp kim nhôm vẫn đủ để đáp ứng các tiêu chí về độ bền vật liệu trong lĩnh vực hàng không vũ trụ mặc dù tỷ lệ độ bền trên trọng lượng của nó thấp hơn so với titan. Ví dụ, thông qua xử lý nhiệt, các hợp kim nhôm hiệu suất cao như Al6061 và Al7075 có thể đạt được độ bền thực sự cao.
Quan trọng đối với các ứng dụng bao gồm bộ trao đổi nhiệt và linh kiện động cơ trong lĩnh vực hàng không vũ trụ, hợp kim nhôm có tính dẫn nhiệt và chống ăn mòn cao. Ví dụ: Bằng cách sản xuất các bộ phận có hình dạng hình học phức tạp-thành mỏng và chắc chắn, chẳng hạn như-3Công nghệ in D giúp tối đa hóa hơn nữa hiệu suất nhiệt và khả năng chống ăn mòn.
Công nghệ in 3D cho phép các kỹ sư tự do thiết kế đáng kể để tạo ra các bộ phận bằng nhôm có hình dạng phức tạp (bao gồm cả lưới và các rãnh bên trong) nhằm tối đa hóa hiệu suất và trọng lượng của các bộ phận sản xuất. Với các quy trình sản xuất thông thường, mức độ tự do thiết kế này rất khó đạt được.
Công nghệ in 3D kim loại có thể đẩy nhanh thời gian quay vòng phát triển bộ phận bằng cách lặp lại nhanh chóng và linh hoạt trong sản xuất. Bằng phương pháp phát triển lặp đi lặp lại, thử nghiệm và sửa đổi thiết kế, nó có thể nhanh chóng đáp ứng nhu cầu thị trường, tham gia sản xuất hàng loạt nhỏ hoặc sản xuất một lần và đạt được sự tùy chỉnh hàng loạt.
3 Đặc biệt sử dụng hợp kim nhôm in 3D kim loại trong ngành hàng không vũ trụ
Cấu tạo máy bay: Các ứng dụng của công nghệ in 3D hợp kim nhôm bao gồm thân máy bay, các bộ phận kết cấu lớn, các bộ phận kết cấu chịu lực, v.v. Các hình dạng hình học phức tạp, như bộ phận hạ cánh máy bay, bộ phận động cơ, v.v., có thể được sản xuất bằng công nghệ in 3D , do đó giảm trọng lượng máy bay và tăng khả năng tiết kiệm nhiên liệu.
Chế tạo vệ tinh: Công nghệ in 3D hợp kim nhôm được ứng dụng trong chế tạo vệ tinh để tạo ra các giá đỡ bằng hợp kim titan và nhôm, hệ thống đẩy hydrazine, piston cho hệ thống đẩy vệ tinh và các bộ phận này phải có độ bền cao, chống ăn mòn và trọng lượng nhẹ, công nghệ in 3D có thể đáp ứng đầy đủ những nhu cầu này.
Các bộ phận nóng của động cơ tên lửa, chẳng hạn như buồng đốt và cánh tuabin, phải chịu được môi trường khắc nghiệt có nhiệt độ và áp suất cao. Các kênh làm mát phức tạp, hiệu suất nhiệt nâng cao và tuổi thọ kéo dài chỉ là một vài trong số các tính năng có thể thực hiện được nhờ công nghệ in 3D hợp kim nhôm để chế tạo.
4 Hợp kim nhôm in 3D kim loại: Triển vọng và thách thức
Công nghệ in 3D hợp kim nhôm vẫn gặp những khó khăn đáng kể ngay cả khi khả năng sử dụng rộng rãi của nó trong ngành hàng không vũ trụ hiện nay. Ví dụ, hợp kim nhôm có khả năng phản ứng cao khiến chúng dễ bị vỡ và sai sót trong quá trình in 3D. Hơn nữa, độ bền của hợp kim nhôm không bằng hợp kim titan và hợp kim niken. Tuy nhiên, những vấn đề này đang dần được giải quyết khi các hợp kim nhôm mới và sự phát triển công nghệ liên tục mang lại.
AlSi10Mg, AlSi12, Al6061 và Al7075 là một trong số ít hợp kim nhôm cao cấp được tạo ra gần đây, đặc biệt dành cho sản xuất bồi đắp. Khả năng chống ăn mòn, nhiệt và cơ học tuyệt vời của các hợp kim nhôm này đủ tiêu chuẩn cho chúng cho một số ứng dụng máy bay. Đồng thời với sự cải tiến và cải tiến liên tục của các công nghệ in 3D kim loại—chẳng hạn như công nghệ nấu chảy bột bằng laser (SLM, DMLS), nấu chảy bằng chùm tia điện tử (EBM) và công nghệ phun keo—giúp tăng độ chính xác và hiệu quả của việc in 3D bằng hợp kim nhôm- là sự tiến hóa không ngừng của họ.
https://www.china-3dprinting.com/metal-3d-printing/3d-printing-and-machining-combine-to-create.html