Технические преимущества 3D печати в аэрокосмической области

Как типичная репрезентативная технология в области производства третьей промышленной революции, развитие 3D-печати всегда привлекало широкое внимание со стороны всех слоев общества. Высокопроизводительная технология аддитивного производства металла (технология 3D-печати металлом) рассматривается отраслевыми экспертами как сложная и высококлассная отрасль развития в области 3D-печати и играет ключевую роль в промышленном производстве. Антарктический медведь также уделяет внимание развитию металлической 3D-печати. В настоящее время промышленные производственные компании по всему миру энергично исследуют и разрабатывают технологии производства металлических присадок, особенно аэрокосмические производственные компании, даже тратя много финансовых и материальных ресурсов на увеличение усилий в области исследований и разработок для обеспечения их технологического лидерства.

На фоне стратегии возврата производства в США и немецкой промышленности 4,0 международная среда также обеспечивает 3D-печать незаменимым питанием для ее роста. Будь то недавно созданный Национальный центр аддитивного производства в Соединенных Штатах или Британский комитет по технологической стратегии, аэрокосмическая промышленность является основной областью применения технологий аддитивного производства. В октябре 2012 года Лу Юнсян, бывший президент Китайской академии наук и вице-председатель Всекитайского собрания народных представителей, дал понять, что 3D-технологии Китая также будут впервые применены в аэрокосмической области.

Являясь яркой жемчужиной в короне отрасли, область аэрокосмического производства объединяет все высокотехнологичные технологии страны, и это поле резервных гарантий, где может быть реализован национальный стратегический план и может отображаться политическая ситуация. Как совершенно новая технология производства, технология металла 3D имеет выдающиеся преимущества применения в аэрокосмической области и очевидные преимущества обслуживания. Это в основном отражено в следующих аспектах:

(1) Сокращение цикла исследований и разработок нового аэрокосмического оборудования

Аэрокосмические технологии являются символом национальной оборонной мощи и проявлением национальной политики. Конкуренция между странами в мире чрезвычайно жесткая. Поэтому все страны хотят попытаться быстрее разработать новое оружие и технику, чтобы сделать себя непобедимыми в области национальной обороны. Технология металлической 3D-печати значительно сокращает процесс производства высокопроизводительных металлических деталей, особенно высокопроизводительных крупных конструкционных деталей. Нет необходимости разрабатывать пресс-формы, используемые в процессе производства деталей, что значительно сократит цикл разработки и производства продукта.

Ли Дагуан, профессор кафедры военной логистики и военной науки и технологического оборудования Национального университета обороны, сказал, что в 1980-х и 1990-х годах, по крайней мере, потребуется, чтобы разработать новое поколение истребителей. Наиболее заметным преимуществом технологии 3D-печати является то, что она не требует механической обработки или каких-либо пресс-форм, детали любой формы могут быть непосредственно сгенерированы из данных компьютерной графики, поэтому, если используются технологии 3D-печати и другие информационные технологии, новый истребитель может быть разработан как минимум через три года. В сочетании с высокой гибкостью, высокой производительностью и гибкими производственными характеристиками технологии, а также свободным быстрым прототипированием сложных деталей, металлическая 3D-печать будет сиять в аэрокосмической области и обеспечивать сильную техническую поддержку для производства оборонной техники.

Центральная фланцевая часть на отечественном большом самолете C919 является типичным применением технологии металлической 3D-печати в авиационной сфере. Эта структурная часть имеет длину более 3 метров и является самой длинной аэрокосмической конструкционной частью в мире, произведенной с помощью металлической 3D-печати. Если используется традиционный метод производства, эта деталь должна быть выкована с помощью сверхкрупнотоннажного пресса, который не только трудоемкий и трудоемкий, но и отнимает сырье. В настоящее время в Китае нет оборудования, которое могло бы производить такие масштабные конструктивные детали.

Поэтому для того, чтобы обеспечить процесс разработки и безопасность самолета, мы должны заказывать эту деталь из-за рубежа, а жизненный цикл от заказа до установки составляет целых 2 года, что серьезно тормозит прогресс авиационных исследований и разработок. Разработка центральной фланцевой полосы, напечатанной металлической технологией 3D-печати, заняла около месяца, а ее структурная прочность достигла или даже превысила стандарт для поковок, который полностью соответствовал авиационным стандартам. Использование металлической технологии 3D-печати значительно сократило разработку большого самолета моей страны, что позволило бесперебойно работать над развитием.

(2) улучшает коэффициент использования материалов, сохраняет дорогие стратегические материалы, и уменьшает цены производства

И это всего лишь микромир применения технологии металлической 3D-печати в аэрокосмической сфере.

Большинство областей аэрокосмического производства используют дорогие стратегические материалы, такие как труднообрабатываемые металлические материалы, такие как титановые сплавы и суперсплавы на основе никеля. Коэффициент использования материалов в традиционных методах производства очень низок, как правило, не более 10% или даже всего 2%-5%. Огромные отходы материалов также означают, что процедуры обработки сложны, а период времени производства продолжительный. Если это техническая часть, которую трудно обрабатывать, цикл обработки будет значительно увеличен, а производственный цикл будет значительно расширен, что приведет к увеличению производственных затрат.

Технология 3D-печати металлом, как технология, близкая к сетке, может быть введена в эксплуатацию только с небольшим количеством последующей обработки, а коэффициент использования материалов достиг 60%, иногда даже достигая более 90%. Это не только снижает производственные затраты и экономит сырье, но и соответствует стратегии устойчивого развития, предложенной страной.

На симпозиуме, проведенном Китайской академией наук в 2014 году, профессор Ван Хуаминь из Бэйханского университета однажды сказал, что Китай теперь может распечатать стеклянную оконную раму кабины самолета C919 всего за 55 дней. Ван Хуаминь также сказал, что европейская авиастроительная компания заявила, что для производства того же самого им потребуется не менее 2 лет, и это будет стоить 2 миллиона долларов США, чтобы сделать только пресс-форму. Однако использование в Китае технологии 3D-печати не только сокращает производственный цикл, повышает эффективность, но и экономит сырье, что значительно снижает производственные затраты.

(3) Оптимизация структуры деталей, снижение веса, снижение концентрации напряжений и увеличение срока службы

Для аэрокосмического оружия и техники снижение веса-вечная тема. Это может не только повысить гибкость летного оборудования во время полета, но и увеличить грузоподъемность, сэкономить топливо и снизить стоимость полета. Тем не менее, традиционный метод производства уже максимизировал снижение веса деталей, и нереально дополнительно использовать резервные мощности.

Однако применение 3D-технологий позволяет оптимизировать структуру сложных деталей. Под предпосылкой обеспечения представления, сложная структура можно преобразовать и переконструировать в простую структуру, таким образом уменьшая вес. Более того, за счет оптимизации структуры деталей напряжение деталей может быть представлено в наиболее рациональном распределении, снижая риск усталостных трещин, тем самым увеличивая срок службы. Реализуйте контроль температуры через разумную и сложную структуру канала внутренней подачи, для того чтобы оптимизировать дизайн и пользуМатериалы dlp(Liqcreate воск литьевой иПремиум модель Liqcreate), Или реализовать произвольное свободное формование различных деталей путем компаундирования материалов, чтобы соответствовать стандартам использования.

Шасси истребителя-ключевая деталь, которая выдерживает высокие нагрузки и высокие удары, что требует деталей с высокой прочностью и высокой ударопрочностью. Шасси, изготовленное по 3D-технологии на американском истребителе F16, не только соответствует стандартам использования, но и имеет средний срок службы в 2,5 раза больше, чем у оригинала.

(4) Ремонт и формирование деталей

Помимо использования металлической технологии 3D-печати в производстве и производстве, ее прикладная ценность при ремонте металлических высокопроизводительных деталей ни в коем случае не ниже, чем само ее изготовление. Что касается текущей ситуации, потенциал технологии 3D-печати металлом в ремонтном формовании даже выше, чем само его производство.

Возьмем в качестве примера высокопроизводительные интегральные детали турбины Blisk. Когда определенная лопасть на диске повреждена, весь турбинный блиск будет утилизирован, а прямые экономические потери составят более одного миллиона. По сравнению с прошлым, такого рода потери могут быть непоправимыми и душераздирающими, но, основываясь на характеристиках многослойного производства 3D-печати, нам нужно только рассматривать поврежденное лезвие как специальную подложку и выполнять лазерное трехмерное формирование на поврежденной части, форма детали может быть восстановлена, И производительность соответствует требованиям использования, даже выше, чем у основного материала. Из-за управляемости процесса 3D-печати негативное влияние его ремонта очень ограничено.

На самом деле, детали, напечатанные на 3D-принтере, легче ремонтировать и лучше сочетать. По сравнению с другими технологиями производства, в процессе 3D-ремонта из-за разрыва между производственным процессом и параметрами ремонта трудно поддерживать согласованность области ремонта и подложки с точки зрения ткани, состава и производительности. Но этой проблемы не существует при ремонте 3D сформированных деталей. Процесс ремонта можно рассматривать как продолжение процесса аддитивного производства, а зона ремонта и подложка могут достичь оптимального соответствия. Это реализует добродетельный круг в процессе производства деталей, недорогое производство + недорогой ремонт = высокая экономическая выгода.

(5) Сотрудничать с традиционными технологиями производства и дополнять друг друга

Традиционная технология производства подходит для производства крупнообъемных фасонных изделий, в то время как технология 3D-печати больше подходит для изготовления персонализированных или усовершенствованных структурных изделий. Сочетая технологию 3D-печати и традиционную технологию производства, каждая из них опирается на свои сильные стороны, в полной мере использует свои преимущества и делает технологию производства более мощной.

Например, для деталей, которые требуют высококачественных характеристик на поверхности, но средней производительности в центре, традиционные технологии производства могут быть использованы для производства деталей центральной формы, а затем технология лазерного стереоформования может быть использована для непосредственного формирования поверхностных деталей на этих центральных частях. Таким образом, производятся детали с высокими эксплуатационными характеристиками поверхности и общими требованиями к центру, что снижает сложность процесса и снижает производственный процесс. Эта взаимодополняющая комбинация имеет важное практическое значение для производства и изготовления деталей.

Кроме того, для компонентов с простой внешней структурой, но сложной внутренней структурой, когда традиционная технология производства используется для изготовления внутренней сложной структуры, процесс является громоздким, а последующие процедуры обработки сложны, что приводит к затратам на производство и продлевает производственный цикл. Внешнее использование традиционной технологии производства и внутреннее использование технологии 3D-печати непосредственно близки к чистой форме, так что только небольшое количество последующих процессов может завершить производство продукта. Это сокращает производственный цикл, снижает затраты и позволяет идеально сочетать традиционные технологии и новые технологии для достижения совместимости и взаимодополняемости.

Как основная область применения технологии 3D-печати, аэрокосмическая промышленность имеет очевидные технические преимущества, но это не означает, что металлическая 3D-печать является всемогущей. В реальном производстве, все еще много проблем, который нужно разрешить в своем техническом применении. Например, в настоящее время 3D-печать не может адаптироваться к массовому производству, не может соответствовать требованиям высокой точности и не может обеспечить высокоэффективное производство. Кроме того, ключевым фактором, ограничивающим развитие 3D-печати, является высокая стоимость ее оборудования, и большинство гражданских областей не могут позволить себе такие высокие затраты на производство оборудования. Тем не менее, с непрерывным развитием технологии материалов, компьютерных технологий и лазерной техники, производственные затраты будут продолжать снижаться, чтобы удовлетворить способность обрабатывающей промышленности нести производственные затраты. В то время 3D-печать будет сиять своим светом в области производства.