Technische Vorteile des 3D-Drucks im Luft-und Raumfahrt bereich

Als typische repräsent ative Technologie im Fertigungs bereich der dritten industriellen Revolution hat die Entwicklung des 3D-Drucks in allen Lebens bereichen immer breite Aufmerksamkeit erregt. Metall-Hoch leistungs additive Fertigungs technik (Metall-3D-Drucktechnologie) wird von Branchen experten als schwieriger und hoch standard mäßiger Entwicklungs zweig im Bereich des 3D-Drucks angesehen, und spielt eine zentrale Rolle in der industriellen Fertigung. Antar ctic Bear hat auch auf die Entwicklung des Metall-3D-Drucks geachtet. Heutzutage erforschen und entwickeln industrielle Fertigungs unternehmen auf der ganzen Welt intensiv Metall additive Fertigungs technologie, insbesondere Luft-und Raumfahrt unternehmen, sogar eine Menge finanzieller und materieller Ressourcen ausgeben, um die Forschungs-und Entwicklungs bemühungen zu erhöhen, um ihre techno logische Führung sicher zustellen.

Vor dem Hintergrund der US-amerikanischen Fertigungs rendite strategie und der deutschen Industrie 4.0 bietet das internat ionale Umfeld dem 3D-Druck auch eine unverzicht bare Ernährung für sein Wachstum. Ob es sich um das neu gegründete National Additive Manufac turing Center in den USA oder das British Technology Strategy Committee handelt, die Luft-und Raumfahrt ist das primäre Anwendungs gebiet für die additive Fertigungs technologie. Im Oktober 2012 Lu Yong xiang, ehemaliger Präsident der Chinesischen Akademie der Wissenschaften und stell vertreten der Vorsitzender des Nationalen Volks kongresses, machte deutlich, dass Chinas 3D-Technologie auch erstmals in der Luft-und Raumfahrt eingesetzt wird.

Als die helle Perle in der Krone der Industrie integriert der Bereich der Luft-und Raumfahrt fertigung alle High-Tech-Technologien eines Landes, und es ist das Backup-Garantie feld, in dem der nationale Strategie plan umgesetzt und die politische Situation angezeigt werden kann. Als brandneue Fertigungs technologie bietet die Metall-3D-Technologie herausragende Anwendungs vorteile im Bereich der Luft-und Raumfahrt und offen sichtliche Service vorteile. Es spiegelt sich haupt sächlich in folgenden Aspekten wider:

(1) Verkürzen Sie den Forschungs-und Entwicklungs zyklus neuer Luft-und Raumfahrt geräte

Die Luft-und Raumfahrt technologie ist ein Symbol der nationalen Verteidigung stärke und eine Manifestation der nationalen Politik. Der Wettbewerb unter den Ländern der Welt ist extrem hart. Daher wollen alle Länder versuchen, neuere Waffen und Ausrüstung mit einer schnelleren Geschwindigkeit zu entwickeln, um sich im Bereich der nationalen Verteidigung unbesiegbar zu machen. Die Metall-3D-Drucktechnologie verkürzt den Herstellungs prozess von Hoch leistungs metallteilen, insbesondere von Hochleistungs-Groß bauteilen, erheblich. Es besteht keine Notwendigkeit, Formen zu entwickeln, die bei der Herstellung von Teilen verwendet werden, was den Produktent wicklung und den Herstellungs zyklus erheblich verkürzen wird.

Li Daguang, Professor an der Abteilung für Militär logistik und Militär wissenschaft und Technologie der National Defense University, sagte, dass in den 1980er und 1990er Jahren, es würde mindestens 10-20 Jahre dauern, um eine neue Generation von Kampfjets zu entwickeln. Der prominenteste Vorteil der 3D-Drucktechnologie besteht darin, dass keine Bearbeitung oder Formen erforderlich sind. Teile jeder Form können direkt aus Computer grafikdaten generiert werden. Wenn also 3D-Drucktechnologie und andere Informations technologien verwendet werden, kann in mindestens drei Jahren ein neuer Kampfjet entwickelt werden. In Verbindung mit der hohen Flexibilität, der hohen Leistung und den flexiblen Fertigungs eigenschaften der Technologie sowie dem freien Rapid Prototyping komplexer Teile, der Metall-3D-Druck wird in der Luft-und Raumfahrt glänzen und eine starke technische Unterstützung für die Herstellung von Verteidigung gütern bieten.

Der zentrale Flansch teil des inländischen Groß flugzeugs C919 ist eine typische Anwendung der Metall-3D-Drucktechnologie im Luftfahrt bereich. Dieses strukturelle Teil ist mehr als 3 Meter lang und das längste strukturelle Teil der Luft-und Raumfahrt, das im 3D-Metalldruck der Welt hergestellt wird. Wenn die traditionelle Herstellungs methode verwendet wird, muss dieser Teil von einer Super-Groß tonnage presse geschmiedet werden, die nicht nur zeit aufwendig und arbeits intensiv ist. aber auch verschwendet Rohstoffe. Derzeit gibt es in China keine Ausrüstung, die solche großflächigen Struktur teile herstellen kann.

Um den Entwicklungs prozess und die Sicherheit des Flugzeugs zu gewährleisten, müssen wir diesen Teil aus dem Ausland bestellen, und der Lebenszyklus von der Bestellung bis zur Installation beträgt mehr als 2 Jahre. was den Fortschritt der Flugzeug forschung und-entwicklung ernsthaft behindert. Die Entwicklung des mit Metall-3D-Drucktechnologie bedruckten zentralen Flansch streifens dauerte etwa einen Monat, und seine strukturelle Festigkeit erreichte oder übertraf sogar den Standard für Schmiedete ile, der vollständig den Luftfahrt standards entsprach. Der Einsatz der Metall-3D-Drucktechnologie hat die Entwicklung der großen Flugzeuge meines Landes erheblich verkürzt, sodass die Entwicklungs arbeiten reibungslos verlaufen können.

(2) Verbessern Sie die Auslastung der Materialien, sparen Sie teure strategische Materialien und senken Sie die Herstellungs kosten

Und dies ist nur ein Mikrokosmos der Anwendung der Metall-3D-Drucktechnologie in der Luft-und Raumfahrt.

Die meisten Bereiche der Luft-und Raumfahrt herstellung verwenden teure strategische Materialien, wie schwer zu bearbeitende Metall materialien wie Titan legierungen und Super legierungen auf Nickel basis. Die Auslastung der Materialien in traditionellen Herstellungs verfahren ist sehr gering, im Allgemeinen nicht mehr als 10% oder sogar nur 2%-5%. Die enorme Material verschwendung bedeutet auch, dass die Bearbeitungs verfahren kompliziert sind und die Produktions zeit lang ist. Wenn es sich um einen technischen Teil handelt, der schwer zu verarbeiten ist, wird der Verarbeitung zyklus stark erhöht und der Herstellungs zyklus wird erheblich verlängert, was zu einem Anstieg der Herstellungs kosten führt.

Die Metall-3D-Drucktechnologie als Near-Net-Shaping-Technologie kann mit nur einer geringen Menge an Follow-up-Verarbeitung eingesetzt werden. und die Auslastung der Materialien hat 60% erreicht und manchmal sogar mehr als 90% erreicht. Dies senkt nicht nur die Herstellungs kosten und spart Rohstoffe, sondern entspricht auch der vom Land vor geschlagenen Strategie für nachhaltige Entwicklung.

Auf einem Symposium der Chinesischen Akademie der Wissenschaften im Jahr 2014 sagte Professor Wang Huaming von der Beihang-Universität einmal, dass China den Glasfenster rahmen des Flugzeug cockpits C919 in nur 55 Tagen ausdrucken kann. Wang Huaming sagte auch, dass ein europäisches Flugzeug hersteller sagte, dass es mindestens 2 Jahre dauern würde, bis sie dasselbe produzieren würden. und es würde 2 Millionen US-Dollar kosten, die Form allein herzustellen. Chinas Einsatz der 3D-Drucktechnologie verkürzt jedoch nicht nur den Produktions zyklus, verbessert die Effizienz, sondern spart auch Rohstoffe, was die Produktions kosten erheblich senkt.

(3) Optimieren Sie die Struktur der Teile, reduzieren Sie das Gewicht, reduzieren Sie die Spannungs konzentration und erhöhen Sie die Lebensdauer

Für Luft-und Raumfahrt waffen und-ausrüstung ist Gewichts reduktion ein ewiges Thema. Es kann nicht nur die Flexibilität der Flug ausrüstung während des Fluges erhöhen, sondern auch die Tragfähigkeit erhöhen, Treibstoff sparen und die Flug kosten senken. Die traditionelle Herstellungs methode hat jedoch bereits die Gewichts reduzierung von Teilen maximiert, und es ist unreal is tisch, die Ersatz kapazität weiter auszuüben.

Die Anwendung der 3D-Technologie kann jedoch die Struktur komplexer Teile optimieren. Unter der Voraussetzung, die Leistung sicher zustellen, kann die komplexe Struktur in eine einfache Struktur umgewandelt und neu gestaltet werden, wodurch das Gewicht reduziert wird. Darüber hinaus kann durch Optimierung der Struktur der Teile die Spannung der Teile in der rational sten Verteilung dargestellt werden, wodurch das Risiko von Ermüdung rissen verringert und dadurch die Lebensdauer erhöht wird. Realisieren Sie die Temperatur regelung durch vernünftige und komplexe innere Strömungs kanals truktur, um das Design und die Verwendung von zu optimierenDLP-Materialien(Liqcreate wachs gießbar undLiqcreate premium modell) Oder das willkürliche freie Formen verschiedener Teile durch Compound ieren von Materialien realisieren, um die Verwendung standards zu erfüllen.

Das Fahrwerk eines Kampf flugzeugs ist ein Schlüssel teil mit hoher Last und hohem Aufprall, was Teile mit hoher Festigkeit und hoher Schlag festigkeit erfordert. Das von der 3D-Technologie hergestellte Fahrwerk des amerikanischen Kampf flugzeugs F16 entspricht nicht nur den Gebrauchs standards, sondern hat auch eine durchschnitt liche Lebensdauer von 2,5-mal so hoch wie die des Originals.

(4) Reparatur und Umformen von Teilen

Neben dem Einsatz der Metall-3D-Drucktechnologie in der Produktion und Fertigung ist ihr Anwendungs wert bei der Reparatur von Metall-Hoch leistungs teilen keineswegs geringer als die Herstellung selbst. In Bezug auf die aktuelle Situation ist das Potenzial der Metall-3D-Drucktechnologie in der Reparatur formung noch höher als in der Herstellung selbst.

Nehmen Sie als Beispiel die Hochleistungs-Integral-Turbinen-Blisk-Teile. Wenn eine bestimmte Klinge auf der Scheibe beschädigt ist, wird der gesamte Turbinen blisk verschrottet, und der direkte wirtschaft liche Verlust ist mehr als eine Million wert. Verglichen mit der Vergangenheit kann diese Art von Verlust irreparabel und herz zerreißend sein, aber basierend auf den Eigenschaften der 3D-Druck-Schicht-für-Schicht-Fertigung, wir müssen nur die beschädigte Klinge als spezielles Substrat betrachten und eine drei dimensionale Laser umformung auf dem beschädigten Teil durchführen. Die Form des Teils kann wieder hergestellt werden. Und die Leistung erfüllt die Anforderungen der Verwendung, sogar höher als die des Basis materials. Aufgrund der Steuerbar keit des 3D-Druckprozesses sind die negativen Auswirkungen seiner Reparatur sehr begrenzt.

In der Tat sind 3D-gedruckte Teile einfacher zu reparieren und besser zusammen zubringen. Im Vergleich zu anderen Fertigungs technologien, im 3D-Reparaturprozess, aufgrund der Lücke zwischen dem Herstellungs prozess und den Reparatur parametern, es ist schwierig, die Konsistenz des Reparatur bereichs und des Substrats in Bezug auf Gewebe, Zusammensetzung und Leistung aufrecht zu erhalten. Dieses Problem besteht jedoch nicht bei der Reparatur von 3D-Formteilen. Der Reparatur prozess kann als Fortsetzung des additiven Fertigungs prozesses angesehen werden, und der Reparatur bereich und das Substrat können eine optimale Übereinstimmung erreichen. Dies realisiert einen tugendhaften Kreis im Teile herstellungs prozess, kosten günstige Herstellung, kosten günstige Reparatur = hoher wirtschaft licher Nutzen.

(5) Arbeiten Sie mit der traditionellen Fertigungs technologie zusammen und ergänzen Sie sich gegenseitig

Die traditionelle Fertigungs technologie eignet sich für die Herstellung großvolumiger Produkte, während die 3D-Drucktechnologie eher für die Herstellung personal isierter oder raffinierter Struktur produkte geeignet ist. Durch die Kombination von 3D-Drucktechnologie und traditioneller Fertigungs technologie schöpft jeder aus seinen Stärken, bietet seine jeweiligen Vorteile voll aus und macht die Fertigungs technologie leistungs fähiger.

Für Teile, die beispiels weise eine qualitativ hochwertige Leistung auf der Oberfläche, aber eine durchschnitt liche Leistung in der Mitte erfordern, können traditionelle Herstellungs techniken verwendet werden, um zentral geformte Teile herzustellen. und dann kann die Laser-Stereoforming-Technologie verwendet werden, um Oberflächen teile auf diesen zentralen Teilen direkt zu bilden. Auf diese Weise werden Teile mit hoher Oberflächen leistung und allgemeinen Center-Anforderungen hergestellt, was die Komplexität des Prozesses spart und den Produktions prozess reduziert. Diese komplementäre Kombination hat einen wichtigen praktischen Anwendungs wert in der Produktion und Teile herstellung.

Darüber hinaus für Komponenten mit einer einfachen äußeren Struktur, aber einer komplexen internen Struktur, wenn die traditionelle Fertigungs technologie verwendet wird, um die interne komplexe Struktur herzustellen, der Prozess ist umständlich und die nachfolgenden Verarbeitung verfahren sind kompliziert, was zu Produktions kosten führt und den Produktions zyklus verlängert. Die externe Verwendung der traditionellen Fertigungs technologie und die interne Verwendung der 3D-Drucktechnologie sind direkt in der Nähe der Netz form, so dass nur eine kleine Anzahl von Folge prozessen die Produkt herstellung abschließen kann. Dies verkürzt den Produktions zyklus, senkt die Kosten und ermöglicht die perfekte Anpassung traditioneller Technologie und neuer Technologien, um Inter operabilität und Komplementarität zu erreichen.

Als primäres Anwendungs gebiet der 3D-Drucktechnologie hat die Luft-und Raumfahrt offen sichtliche technische Vorteile, aber dies bedeutet nicht, dass der Metall-3D-Druck allmächtig ist. In der tatsächlichen Produktion gibt es noch viele Probleme in seiner technischen Anwendung zu lösen. Beispiels weise kann sich der 3D-Druck derzeit nicht an die Massen produktion anpassen, die hochpräzisen Anforderungen nicht erfüllen und keine hoch effiziente Fertigung erreichen. Darüber hinaus sind die hohen Kosten seiner Ausrüstung ein Schlüssel faktor, der die Entwicklung des 3D-Drucks einschränkt, und die meisten zivilen Bereiche können sich solche hohen Herstellungs kosten für Geräte nicht leisten. Mit der kontinuier lichen Entwicklung der Material technologie, der Computer technologie und der Laser technologie werden die Herstellungs kosten jedoch weiter sinken, um der Fähigkeit der Fertigungs industrie gerecht zu werden, die Produktions kosten zu tragen. Zu dieser Zeit wird der 3D-Druck sein Licht im Fertigungs bereich erstrahlen.