Ưu điểm kỹ thuật của in 3D trong lĩnh vực hàng không vũ trụ

Là một công nghệ Đại diện tiêu biểu trong lĩnh vực sản xuất của Cuộc Cách Mạng Công Nghiệp thứ ba, sự phát triển của in 3D luôn thu hút sự chú ý rộng rãi từ mọi tầng lớp xã hội. Công nghệ sản xuất phụ gia kim loại hiệu suất cao (Công nghệ in 3D kim loại) được các chuyên gia trong ngành coi là một ngành phát triển khó khăn và tiêu chuẩn cao trong lĩnh vực in 3D, và đóng vai trò then chốt trong sản xuất công nghiệp. Gấu nam cực cũng đã chú ý đến sự phát triển của in 3D bằng kim loại. Ngày nay, các công ty sản xuất công nghiệp trên khắp thế giới đang nghiên cứu và phát triển mạnh mẽ công nghệ sản xuất phụ gia kim loại, đặc biệt là các công ty sản xuất hàng không vũ trụ, THẬM CHÍ chi tiêu rất nhiều nguồn lực Tài Chính và vật chất để tăng cường nỗ lực nghiên cứu và phát triển để đảm bảo lãnh đạo công nghệ của họ.

Trong bối cảnh chiến lược hoàn trả sản xuất của Hoa Kỳ và công nghiệp Đức 4.0, môi trường quốc tế cũng cung cấp in 3D với dinh dưỡng không thể thiếu cho sự phát triển của nó. Cho dù đó là trung tâm sản xuất phụ gia quốc gia mới thành lập tại Hoa Kỳ hay Ủy ban Chiến Lược Công nghệ Anh, aerospace là lĩnh vực ứng dụng chính cho công nghệ sản xuất phụ gia. Vào tháng 10 năm 2012, lu yongxiang, cựu Chủ Tịch Viện Hàn Lâm Khoa Học Trung Quốc và Phó Chủ tịch Đại Hội Đại Biểu Nhân Dân toàn quốc, NÓI RÕ rằng công nghệ 3D của Trung Quốc cũng sẽ được áp dụng lần đầu tiên trong lĩnh vực hàng không vũ trụ.

Là viên ngọc sáng trong vương miện của ngành công nghiệp, lĩnh vực sản xuất hàng không vũ trụ tích hợp tất cả các công nghệ công nghệ cao của một quốc gia, và đó là lĩnh vực bảo đảm dự phòng, nơi kế hoạch chiến lược quốc gia có thể được thực hiện và tình hình chính trị có thể được hiển thị. Là một công nghệ sản xuất hoàn toàn mới, công nghệ 3D kim loại có lợi thế ứng dụng vượt trội trong lĩnh vực hàng không vũ trụ và lợi ích dịch vụ rõ ràng. Nó chủ yếu được phản ánh trong các khía cạnh sau:

(1) rút ngắn chu kỳ nghiên cứu và phát triển thiết bị hàng không vũ trụ mới

Công nghệ hàng không vũ trụ là biểu tượng của sức mạnh quốc phòng và là Biểu hiện của Chính Trị Quốc gia. Sự cạnh tranh giữa các quốc gia trên thế giới là vô cùng khốc liệt. Do đó, tất cả các quốc gia đều muốn cố gắng phát triển các loại vũ khí và trang bị mới hơn với tốc độ nhanh hơn để khiến bản thân trở nên bất khả chiến bại trong lĩnh vực Quốc phòng. Công nghệ in 3D kim loại giúp rút ngắn đáng kể quy trình sản xuất các bộ phận kim loại hiệu suất cao, đặc biệt là các bộ phận kết cấu lớn hiệu suất cao. Không cần phải phát triển khuôn mẫu được sử dụng trong quá trình sản xuất các bộ phận, điều này sẽ rút ngắn đáng kể chu kỳ phát triển và sản xuất sản phẩm.

Li daguang, giáo sư khoa hậu cần quân sự và thiết bị khoa học và công nghệ quân sự, Đại học Quốc phòng, nói rằng trong những năm 1980 và 1990, sẽ mất ít nhất 10-20 năm để phát triển một thế hệ máy bay chiến đấu mới. Ưu điểm nổi bật nhất của công nghệ in 3D là không yêu cầu gia công hoặc bất kỳ khuôn mẫu nào, các bộ phận có hình dạng bất kỳ có thể được tạo trực tiếp từ dữ liệu đồ họa máy tính, vì vậy, nếu sử dụng công nghệ in 3D và các công nghệ thông tin khác, một máy bay chiến đấu mới có thể được phát triển trong ít nhất Ba năm. Cùng với tính linh hoạt cao, hiệu suất cao và đặc tính sản xuất linh hoạt của công nghệ, cũng như tạo mẫu nhanh miễn phí các bộ phận phức tạp, in 3D bằng kim loại sẽ tỏa sáng trong lĩnh vực hàng không vũ trụ và hỗ trợ kỹ thuật mạnh mẽ cho việc sản xuất thiết bị Quốc phòng.

Phần mặt bích trung tâm trên máy bay lớn nội địa c919 là một ứng dụng điển hình của công nghệ in 3D kim loại trong lĩnh vực hàng không. Phần cấu trúc này dài hơn 3 mét và là bộ phận cấu trúc hàng không vũ trụ dài nhất được sản xuất bởi in 3D bằng kim loại trên thế giới. Nếu sử dụng phương pháp sản xuất truyền thống, bộ phận này cần được rèn bằng máy ép có Trọng tải siêu lớn, không chỉ tốn nhiều thời gian và công sức, nhưng cũng lãng phí nguyên liệu thô. Hiện tại, không có thiết bị nào ở Trung Quốc có thể sản xuất các bộ phận kết cấu quy mô lớn như vậy.

Do đó, để đảm bảo quá trình phát triển và an toàn cho máy bay, chúng tôi phải đặt mua bộ phận này từ nước ngoài và vòng đời từ đặt hàng đến lắp đặt dài hơn 2 năm, điều này cản trở nghiêm trọng tiến độ nghiên cứu và phát triển máy bay. Dải mặt bích trung tâm được in bằng công nghệ in 3D kim loại mất khoảng một tháng để phát triển, và độ bền kết cấu của nó đạt hoặc thậm Chí vượt quá tiêu chuẩn để rèn, tuân thủ đầy đủ các tiêu chuẩn hàng không. Việc sử dụng công nghệ in 3D kim loại đã rút ngắn đáng kể sự phát triển của máy bay lớn của đất nước tôi, cho phép công việc phát triển tiến hành suôn sẻ.

(2) cải thiện tỷ lệ sử dụng vật liệu, tiết kiệm Vật liệu chiến lược đắt tiền và giảm chi phí sản xuất

Và đây chỉ là một mô hình thu nhỏ về ứng dụng công nghệ in 3D kim loại trong lĩnh vực hàng không vũ trụ.

Hầu hết các lĩnh vực sản xuất hàng không vũ trụ đang sử dụng các vật liệu chiến lược đắt tiền, chẳng hạn như các vật liệu kim loại khó gia công như hợp kim titan và siêu hợp kim gốc Niken. Tỷ lệ sử dụng vật liệu trong các phương pháp sản xuất truyền thống là rất thấp, thường không quá 10%, hoặc thậm Chí chỉ 2%-5%. Sự lãng phí vật liệu rất lớn cũng có nghĩa là quy trình gia công phức tạp và thời gian sản xuất dài. Nếu Đó là một bộ phận kỹ thuật khó gia công, chu trình xử lý sẽ được tăng lên rất nhiều và Chu trình sản xuất sẽ được kéo dài đáng kể, dẫn đến tăng chi phí sản xuất.

Công nghệ in 3D kim loại, như một công nghệ định hình gần như mạng, có thể được đưa vào sử dụng chỉ với một lượng nhỏ quá trình xử lý tiếp theo và tỷ lệ sử dụng vật liệu đã đạt 60%, đôi khi THẬM CHÍ đạt hơn 90%. Điều này không chỉ giảm chi phí sản xuất và tiết kiệm nguyên liệu thô mà còn phù hợp với Chiến lược phát triển bền vững do quốc gia đề xuất.

Tại một hội nghị Chuyên Đề do Viện Hàn Lâm Khoa Học Trung Quốc tổ chức năm 2014, giáo sư Wang huaming của đại học beihang từng nói rằng Trung Quốc hiện có thể in ra khung cửa sổ kính của buồng lái máy bay c919 chỉ trong 55 ngày. Wang huaming cũng nói rằng một công ty sản xuất máy bay Châu Âu nói rằng sẽ mất ít nhất 2 năm để họ sản xuất thứ tương tự, và nó sẽ tốn 2 Triệu Đô la Mỹ để làm khuôn một mình. Tuy nhiên, việc Trung Quốc Sử dụng công nghệ in 3D không chỉ rút ngắn chu kỳ sản xuất, cải thiện hiệu quả mà còn tiết kiệm nguyên liệu thô, giúp giảm đáng kể chi phí sản xuất.

(3) Tối ưu hóa cấu trúc của các bộ phận, giảm trọng lượng, giảm sự tập trung căng thẳng và tăng tuổi thọ

Đối với vũ khí và thiết bị hàng không vũ trụ, giảm trọng lượng là một chủ đề vĩnh cửu. Nó không chỉ có thể tăng tính linh hoạt của thiết bị bay trong suốt chuyến bay mà còn tăng khả năng chịu tải, tiết kiệm nhiên liệu và giảm chi phí bay. Tuy nhiên, Phương pháp sản xuất truyền thống đã tối đa hóa việc giảm trọng lượng của các bộ phận, và việc tiếp tục phát huy Công suất dự phòng là không thực tế.

Tuy nhiên, việc áp dụng công nghệ 3D có thể tối ưu hóa cấu trúc của các bộ phận phức tạp. Với tiền đề đảm bảo hiệu suất, cấu trúc phức tạp có thể được chuyển đổi và thiết kế lại thành một cấu trúc đơn giản, do đó giảm trọng lượng. Hơn nữa, bằng cách tối ưu hóa cấu trúc của các bộ phận, sự căng thẳng của các bộ phận có thể được trình bày trong phân phối hợp lý nhất, giảm nguy cơ nứt mỏi, do đó làm tăng tuổi thọ. Thực hiện kiểm soát nhiệt độ thông qua cấu trúc kênh dòng chảy bên trong hợp lý và phức tạp, để tối ưu hóa thiết kế và sử dụngVật liệu DLP(Liqcreate Wax castable vàMô hình cao cấp liqcreateHoặc nhận ra sự đúc tự do tùy ý của các bộ phận khác nhau thông qua việc ghép các vật liệu, để đáp ứng các tiêu chuẩn sử dụng.

Thiết bị hạ cánh của máy bay chiến đấu là một bộ phận quan trọng chịu tải trọng cao và tác động cao, đòi hỏi các bộ phận có độ bền cao và khả năng chống va đập cao. Thiết bị hạ cánh được sản xuất bởi công nghệ 3D trên máy bay chiến đấu F16 của Mỹ không chỉ đáp ứng các tiêu chuẩn sử dụng mà còn có tuổi thọ trung bình gấp 2.5 lần so với bản gốc.

(4) sửa chữa và hình thành các bộ phận

Ngoài việc sử dụng công nghệ in 3D kim loại trong sản xuất và sản xuất, giá trị ứng dụng của nó trong việc sửa chữa các bộ phận hiệu suất cao bằng kim loại không có nghĩa là thấp hơn chính sản xuất của nó. Theo như tình hình hiện tại, tiềm năng của công nghệ in 3D kim loại trong việc định hình sửa chữa THẬM CHÍ còn cao hơn chính sản xuất của nó.

Lấy các bộ phận Blisk tuabin tích hợp hiệu suất cao làm ví dụ. Khi một lưỡi dao nhất định trên đĩa bị hỏng, toàn bộ tuabin Blisk sẽ bị loại bỏ và tổn thất Kinh Tế trực tiếp trị giá hơn một triệu. So với trước đây, loại tổn thất này có thể không thể khắc phục và Đau Lòng, nhưng dựa trên các đặc tính của sản xuất từng lớp in 3D, chúng ta chỉ cần coi lưỡi dao bị hư hỏng là một chất nền đặc biệt và thực hiện tạo hình ba chiều laser trên phần bị hư hỏng, hình dạng của bộ phận có thể được khôi phục, Và hiệu suất đáp ứng các yêu cầu sử dụng, THẬM CHÍ cao hơn so với vật liệu cơ bản. Do khả năng kiểm soát của quy trình in 3D, tác động tiêu cực của việc sửa chữa rất hạn chế.

Trên thực tế, các bộ phận in 3D dễ sửa chữa hơn và phù hợp hơn. So với các công nghệ sản xuất khác, trong quá trình sửa chữa 3D, do Khoảng cách giữa quy trình sản xuất và thông số sửa chữa, rất khó để duy trì tính nhất quán của khu vực sửa chữa và chất nền về mặt mô, thành phần và hiệu suất. Nhưng vấn đề này không tồn tại khi sửa chữa các bộ phận tạo hình 3D. Quá trình sửa chữa có thể được coi là sự tiếp nối của quá trình sản xuất phụ gia, và khu vực sửa chữa và chất nền có thể đạt được sự phù hợp tối ưu. Điều này nhận ra một vòng tròn đạo đức trong quy trình sản xuất một phần, sản xuất chi phí thấp + Sửa chữa chi phí thấp = lợi ích kinh tế cao.

(5) hợp tác với công nghệ sản xuất truyền thống và bổ sung cho nhau

Công nghệ sản xuất truyền thống phù hợp để sản xuất các sản phẩm có khối lượng lớn, trong khi công nghệ in 3D phù hợp hơn để sản xuất các sản phẩm kết cấu được Cá nhân hóa hoặc tinh chế. Kết hợp công nghệ in 3D và công nghệ sản xuất truyền thống, mỗi công nghệ đều dựa trên thế mạnh của mình, phát huy đầy đủ các lợi thế tương ứng và giúp công nghệ sản xuất mạnh mẽ hơn.

Ví dụ, đối với các bộ phận đòi hỏi hiệu suất chất lượng cao trên bề mặt nhưng Hiệu suất trung bình ở trung tâm, các kỹ thuật sản xuất truyền thống có thể được sử dụng để sản xuất các bộ phận hình trung tâm, và sau đó Công nghệ tạo khuôn bằng laser có thể được sử dụng để tạo trực tiếp các bộ phận bề mặt trên các bộ phận trung tâm này. Bằng cách này, các bộ phận có hiệu suất bề mặt cao và yêu cầu trung tâm chung được sản xuất, giúp tiết kiệm sự phức tạp của quy trình và giảm quy trình sản xuất. Sự kết hợp bổ sung này có giá trị ứng dụng thực tế quan trọng trong sản xuất và sản xuất phụ tùng.

Hơn nữa, đối với các thành phần có cấu trúc bên ngoài đơn giản nhưng cấu trúc bên trong phức tạp, khi công nghệ sản xuất truyền thống được sử dụng để sản xuất cấu trúc phức tạp bên trong, quá trình này rất cồng kềnh và các quy trình xử lý tiếp theo rất phức tạp, dẫn đến chi phí sản xuất và kéo dài chu kỳ sản xuất. Việc sử dụng bên ngoài Công nghệ sản xuất truyền thống và sử dụng bên trong công nghệ in 3D trực tiếp gần với hình dạng lưới, do đó chỉ một số ít quy trình tiếp theo có thể hoàn thành việc sản xuất sản phẩm. Điều này rút ngắn chu kỳ sản xuất, giảm chi phí và cho phép kết hợp hoàn hảo công nghệ truyền thống và công nghệ mới để đạt được khả năng tương tác và bổ sung.

Là lĩnh vực ứng dụng chính của công nghệ in 3D, hàng không vũ trụ có những ưu điểm kỹ thuật rõ ràng, nhưng điều này không có nghĩa là in 3D bằng kim loại là toàn năng. Trong sản xuất thực tế, vẫn còn nhiều vấn đề cần giải quyết trong ứng dụng kỹ thuật của nó. Ví dụ, hiện tại, in 3D không thể thích ứng với sản xuất hàng loạt, không thể đáp ứng các yêu cầu có độ chính xác cao và không thể đạt được hiệu quả sản xuất cao. Hơn nữa, một yếu tố quan trọng hạn chế sự phát triển của in 3d là chi phí thiết bị cao và hầu hết các lĩnh vực dân sự không thể chi trả chi phí sản xuất thiết bị cao như vậy. Tuy nhiên, với sự phát triển không ngừng của công nghệ vật liệu, công nghệ máy tính và công nghệ Laser, chi phí sản xuất sẽ tiếp tục giảm để đáp ứng khả năng chịu chi phí sản xuất của ngành sản xuất. Vào thời điểm đó, in 3D sẽ tỏa sáng trong lĩnh vực sản xuất.