„AM-Additive Manufacturing“ siūlo didelės apimties aviacijos ir kosmoso sudėtingų komponentų gamybą, kitaip tai neįmanoma naudojant tradicinius gamybos metodus. Nors yra daug pavyzdžių didžiosiose aviacijos ir kosmoso įmonėse ir daugelyje naujų įmonių, L-PBF selektyvus lazerinis metalo sintezės 3D spausdinimas šiuo metu yra labiausiai dominuojantis procesas, po kurio seka DED (įskaitant LW-DED ir LP-DED).
Įprasti AM lydiniai, skirti aviacijos ir kosmoso reikmėms
Aviacijos ir kosmoso priedų gamybos reikmėms skirtų metalų pasirinkimas išsiplėtė ir apima aliuminio lydinius, nerūdijantį plieną, titano lydinius, nikelio ir geležies pagrindu pagamintus superlydinius, vario lydinius ir ugniai atsparius lydinius.
Kai kurių šių lydinių šaknis galima atsekti iki tradicinių apdirbimo metodų ir toliau naudoti kosmoso komponentuose. Nauji ir esami lydiniai nuolat kuriami, todėl dabartinis lydinių sąrašas nėra baigtinis.
Be to, daugelis dabartinių lydinių tik pasiekė kūrimo etapą ir gali būti nevisiškai tinkami naudoti aviacijos ir kosmoso reikmėms, naudojant specifinius priedų gamybos procesus, kur L-PBF, LP-DED ir AW-DED yra labiausiai tiriamos sritys.
Priklausomai nuo naudojamo priedų gamybos proceso, žaliava skiriasi nuo iš anksto legiruotų miltelių (dažniausiai gaunamų purškiant dujas), vielos, lakšto ar kieto strypo. Nors turimų lydinių skaičius yra ribotas, palyginti su kaltiniais lydiniais, vis dar yra daug įprastų ir gerai žinomų aukštos temperatūros ir populiarių aviacijos ir kosmoso lydinių, tačiau reikia perspėti, kad brandos lygiai skiriasi.
Superlydiniai nikelio pagrindu
Nikelio pagrindu pagaminti superlydiniai yra labai populiarūs AM-Additive Manufacturing platformose, o Inconel 625 ir Inconel 718 naudojami daugelyje programų. Nikelio ir geležies superlydiniai buvo pasirinkti dėl puikių mechaninių savybių esant aukštai temperatūrai ir slėgiui, dažnai naudojami atšiaurioje aplinkoje (atsparumas korozijai ir oksidacijai).
Geležies pagrindu pagaminti superlydiniai, tokie kaip A-286, JBK-75 ir NASA HR-1, dažniausiai naudojami aukšto slėgio vandenilio įrenginiuose, pvz., raketų varikliuose, siekiant sumažinti riziką, susijusią su vandeniliniu aplinkos trapumu. (HEE). Be to, šie superlydiniai pasižymi dideliu atsparumu valkšnumui. Šių savybių derinys padeda žymiai padidinti šiuolaikinių orlaivių variklių efektyvumą.
Superlydiniai yra pagrindiniai metalai gaminant daugelį aukšto slėgio dujų turbinų variklių komponentų, įskaitant degimo kamerą, turbiną, korpusą, diskus ir mentes.
Kitos aukštos ir žemos temperatūros taikymas apima skystųjų raketų variklių vožtuvus, turbo mašinas, purkštukus, uždegiklius ir kolektorius. Šiuo metu daugiau nei 50 procentų pažangių orlaivių variklių pagal svorį yra sudaryti iš nikelio pagrindu pagamintų superlydinių.
Titano lydinys
Stiprumo ir svorio santykis yra dar vienas svarbus rodiklis, todėl titano lydiniai yra naudingi. Titano lydiniai yra labai integruoti į aviacijos ir kosmoso įrenginius, pasižyminčius puikiu atsparumu korozijai ir vidutiniu temperatūros naudojimu, ir yra labai susidomėję priedų gamyba.
Tiksliau, Ti{0}}Al-4V yra įprastas važiuoklės, guolių rėmų, besisukančių mechanizmų, kompresoriaus diskų ir mentelių, kriogeninių raketinio kuro bakų ir daugelio kitų aviacijos komponentų lydinys. Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo (Ti6242) naudojamas kompresorių mentėse ir besisukančiose mašinose, o titano aliuminidas (-TiAl) aktyviai naudojamas turbinų mentėse. .
Aliuminio lydinys
Nors aliuminio lydiniai yra silpnesni nei titano lydiniai, jie turi gerą stiprumo ir svorio santykį ir yra įprastas (ir nusistovėjęs) aviacijos ir kosmoso medžiagų pasirinkimas. Remiantis 3D Science Valley, aliuminio lydiniai, naudojami gaminant papildomai pagamintas dalis, apima 1xxx, 2xxx, 4xxx, 6xxx ir 7xxx serijas, pagrįstas legiravimo elementais, daugelis kurių gaminami naudojant kietojo kūno priedų gamybos procesus ir gali būti naudojami. AFS-D ir UAM procese apdoroti.
Aliuminio lydiniai buvo sukurti siekiant sumažinti procesų įtrūkimus naudojant miltelinio sluoksnio išlydyto metalo 3D spausdinimo procesą-PBF ir nukreiptą energijos nusodinimą metalo 3D spausdinimo-DED lydymosi procesą, įskaitant AlSi10Mg, F357, A205, 7A77, 6061-RAM2, Scalmalloy ir kt. Tačiau aliuminio lydiniai Taip pat turi nemažai trūkumų dėl prasto veikimo aukštoje temperatūroje, suvirinimo siūlių taisymo problemų ir apskritai prasto atsparumo įtempiams, korozijos įtrūkimų ir kitų problemų.
Nerūdijantis plienas
Palyginti su titanu ar superlydiniais, nerūdijantis plienas turi gerą stiprumo ir svorio santykį, atsparumą aukštai temperatūrai ir mažesnę kainą, todėl jis plačiai naudojamas orlaivių ir erdvėlaivių komponentuose. Nerūdijantis plienas pasižymi dideliu atsparumu korozijai, oksidacijai ir atsparumu dilimui tinkamoje aplinkoje.
Nerūdijantis plienas naudojamas variklių ir išmetimo sistemose, hidrauliniuose komponentuose, šilumokaičiuose, važiuoklės sistemose ir konstrukcijų jungtyse. Plienas taip pat naudojamas aviacijos ir kosmoso komponentuose, tokiuose kaip vyriai, tvirtinimo detalės, važiuoklė ir kiti orlaivių komponentai. Įvairūs nerūdijantys ir specialūs plienai dažniausiai naudojami su AM, įskaitant austenitinį (ty 316L) ir grūdinimą krituliais (PH). Tačiau, nepaisant šių privalumų, plienas yra gana tankus, todėl jo naudojimas apsiriboja sistemos masės mažinimu. Plienas nėra populiarus priedų gamyboje, nes kai kurie lydiniai yra linkę įtrūkti, jį galima lengvai suformuoti tradiciniais metodais ir dažnai naudojamas ne tokiems sudėtingiems mazgams.
Šis lydinys iš pradžių buvo sukurtas siekiant pagerinti mechanines savybes (pvz., atsparumą šliaužimui, atsparumą tempimui, mikrostruktūros vientisumą) esant ekstremalioms temperatūroms. Lydinys yra daug žadantis metaliniuose komponentuose, skirtuose dujų turbinoms, raketiniams varikliams, branduoliniams reaktoriams ir kitoms aukštos temperatūros reikmėms. Tačiau tradiciniai mechaninio legiravimo procesai tokiems lydiniams gaminti yra itin neefektyvūs, daug laiko reikalaujantys ir brangūs, o 3D spausdinimas atveria greitą kelią tokių lydinių gamybai.
NASA ODS-MEA medžiaga apdorojama selektyvaus lazerinio lydalo L-PBF metalo 3D spausdinimo technologija. Lydinys gali būti pagamintas į sudėtingą geometriją ir yra atsparus įtrūkimams ir dendritinei segregacijai.
Įrodyta, kad NASA procesas sukuria komponentus, kurių valkšnumo trūkimo trukmė 1100 laipsnių kampu 10 kartų pailgėja ir 30 procentų stipresni nei dabartinės 3D spausdintos dalys. Naujieji ODS-MEA lydiniai gali būti pritaikyti ten, kur šiuo metu naudojami ODS lydiniai (pvz., esant ekstremalioms šiluminėms aplinkoms), įskaitant energijos gamybą, varomąją jėgą (raketos, reaktyviniai varikliai ir kt.), branduolinės energijos taikymą, kasybą ir cementą. gamybinės pramonės gamybos įranga, dujų turbinų komponentai (didinant įsiurbiamo oro temperatūrą didėja efektyvumas) ir kt.
Superlydiniai kobalto pagrindu, vario lydiniai
Aukštoje temperatūroje, kur nereikia didelio šilumos laidumo, galima naudoti kobalto lydinius (įskaitant CoCr ir Stellite). Tačiau kai šilumos laidumas yra prioritetas, vario lydiniai iškyla į priekį. Jų didelis šilumos laidumas natūraliai tinka šilumokaičiams. Naudojant raketas, didžiausias šilumos srautas atsiranda traukos kameroje, todėl ši sritis yra ta, kuri patiria didelį slėgį. Savo ruožtu šiose aplinkose naudojamiems vario lydiniams reikalingas didelis stiprumas ir didelis šilumos laidumas (tuo pačiu metu jie atitinka medžiagų suderinamumo reikalavimus su pasirinktu raketiniu kuru).
Įprasti AM-AM vario lydiniai yra GRCop-42, GRCop-84, C18150 (Cu-Cr-Zr), C18200 (Cu-Cr) ir GlidCop.
kitas
Priedų gamyba gali sukurti pasirinktinius bimetalinius ir daugiametalinius metalus. Medžiagos gali būti diskretiškai įtrauktos į dizainą, siekiant optimizuoti šilumines ar konstrukcines savybes. Produktai gali būti pagaminti su struktūriniais apvalkalais, flanšais, įvorėmis ar kitomis funkcijomis, kad būtų optimizuotas viso posistemio svoris. Tai gali būti atskiri metaliniai perėjimai arba funkciniu požiūriu surūšiuotos medžiagos (FGM).
Kiti metalų lydiniai, kurie gali būti naudojami kosminėje erdvėje, yra ugniai atsparūs metalai, tokie kaip niobis, tantalas, molibdenas, renis ir volframas bei jų lydiniai. Niobio pagrindu pagamintas C-103 yra įprastas tokiose srityse kaip radiacinio aušinimo purkštukai, erdvės reakcijos valdymo sistemos ir priekiniai hipergarsinių sparnų kraštai.
Kiti niobio lydiniai (WC3009, C129Y, Cb752, FS-85) naudojami orlaivių šiluminės apsaugos sistemose ir kosminių reaktorių šerdies konstrukcijose.
Tantalo lydiniai (Ta10W, Ta111, Ta122) paprastai naudojami korozinėje aukšto slėgio ir itin aukštos temperatūros aplinkoje.
Molibdeno pagrindu pagamintos ugniai atsparios medžiagos yra naudojamos ypač aukštoje temperatūroje, pavyzdžiui, šarminių metalų šilumos vamzdžiuose ir branduolinio šiluminio varymo kuro elementuose. Sunkieji lydiniai yra daug mažiau sukurti priedų gamybai, tačiau gali būti naudojami savaime užsidegančiose degimo kamerose ir vieno kristalo turbinų mentėse.