AM-Additive Manufacturing piedāvā liela apjoma aviācijas un kosmosa augstas sarežģītības komponentu ražošanu, kas citādi nav iespējama ar tradicionālajām ražošanas metodēm. Lai gan ir daudz piemēru lielākajos aviācijas un kosmosa uzņēmumos un daudzos jaunizveidotajos uzņēmumos, L-PBF selektīvā metāla kodolsintēzes 3D drukāšana pašlaik ir dominējošais process, kam seko DED (tostarp LW-DED un LP-DED).
Parastie AM sakausējumi kosmosa lietojumiem
Metālu izvēle kosmosa piedevu ražošanas vajadzībām ir paplašināta, iekļaujot alumīnija sakausējumus, nerūsējošo tēraudu, titāna sakausējumus, supersakausējumus uz niķeļa un dzelzs bāzes, vara sakausējumus un ugunsizturīgos sakausējumus.
Dažu šo sakausējumu saknes meklējamas tradicionālajās apstrādes metodēs un turpina izmantot kosmosa komponentēs. Jauni un esošie sakausējumi tiek pastāvīgi izstrādāti, tāpēc pašreizējais sakausējumu saraksts nav pilnīgs.
Turklāt daudzi no pašreizējiem sakausējumiem ir sasnieguši tikai izstrādes stadiju un var nebūt pilnībā kvalificēti lietošanai kosmosa lietojumos, izmantojot īpašus piedevu ražošanas procesus, kur visvairāk pētītās jomas ir L-PBF, LP-DED un AW-DED.
Atkarībā no izmantotā piedevu ražošanas procesa izejmateriāls atšķiras no iepriekš sakausēta pulvera (parasti ražots ar gāzes izsmidzināšanu), stieples, loksnes vai cieta stieņa. Lai gan pieejamo sakausējumu skaits ir ierobežots salīdzinājumā ar kaltiem sakausējumiem, joprojām ir pieejami daudzi izplatīti un labi zināmi augstas temperatūras un populāri kosmosa sakausējumi, ievērojot brīdinājumu, ka gatavības līmeņi ir atšķirīgi.
Supersakausējumi uz niķeļa bāzes
Supersakausējumi uz niķeļa bāzes ir plaši populāri AM-Additive Manufacturing platformās, un Inconel 625 un Inconel 718 tiek izmantoti daudzās lietojumprogrammās. Supersakausējumi uz niķeļa un dzelzs bāzes tika izvēlēti to lielisko mehānisko īpašību dēļ augstā temperatūrā un spiedienā, un tos bieži izmanto skarbā vidē (korozijas un oksidācijas izturība).
Uz dzelzs bāzes izgatavoti supersakausējumi, piemēram, A-286, JBK-75 un NASA HR-1, parasti tiek izmantoti augstspiediena ūdeņraža lietojumos, piemēram, raķešu dzinējos, lai samazinātu riskus, kas saistīti ar ūdeņraža trauslumu vidē. (HEE). Turklāt šiem supersakausējumiem ir augsta šļūdes pretestība. Šo īpašību kombinācija palīdz ievērojami palielināt mūsdienu gaisa kuģu dzinēju efektivitāti.
Supersakausējumi ir galvenie metāli daudzu augstspiediena gāzturbīnu dzinēju komponentu ražošanā, tostarp degšanas kamerā, turbīnā, korpusā, diskos un lāpstiņās.
Citi augstas un zemas temperatūras lietojumi ietver vārstus šķidro raķešu dzinējiem, turbomehānismiem, inžektoriem, aizdedzēm un kolektoriem. Pašlaik vairāk nekā 50 procenti moderno lidmašīnu dzinēju pēc svara sastāv no supersakausējumiem uz niķeļa bāzes.
Titāna sakausējums
Izturības un svara attiecība ir vēl viens svarīgs rādītājs, tāpēc titāna sakausējumi ir noderīgi. Titāna sakausējumi ir ļoti integrēti aviācijas un kosmosa lietojumos, piedāvājot izcilu izturību pret koroziju un mērenu temperatūru, un tie ir izraisījuši intensīvu interesi par piedevu ražošanu.
Konkrētāk, Ti-6Al-4V ir izplatīts sakausējums šasijai, gultņu rāmjiem, rotējošām iekārtām, kompresoru diskiem un lāpstiņām, kriogēnās degvielas tvertnēm un daudzām citām kosmosa komponentēm. Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo (Ti6242) izmanto kompresoru lāpstiņās un rotējošās iekārtās, savukārt titāna aluminīdu (-TiAl) aktīvi izmanto turbīnu lāpstiņās. .
Alumīnija sakausējums
Lai gan alumīnija sakausējumi ir vājāki par titāna sakausējumiem, tiem ir laba stiprības un svara attiecība, un tie ir izplatīta (un vispāratzīta) kosmosa materiālu izvēle. Saskaņā ar 3D Science Valley datiem, alumīnija sakausējumi, ko izmanto aditīvi ražotu detaļu ražošanā, ietver 1xxx, 2xxx, 4xxx, 6xxx un 7xxx sērijas, kuru pamatā ir leģējošie elementi, no kuriem daudzi tiek ražoti, izmantojot cietvielu piedevu ražošanas procesus un var tikt izmantoti. AFS-D un UAM procesā, lai apstrādātu.
Alumīnija sakausējumi ir izstrādāti, lai samazinātu procesa plaisāšanu, izmantojot pulvera slāņa kausēta metāla 3D drukāšanas procesu - PBF un virzītas enerģijas nogulsnēšanos metāla 3D drukāšanā - DED kausēšanas procesā, tostarp AlSi10Mg, F357, A205, 7A77, 6061-RAM2, Scalmalloy utt. Tomēr alumīnija sakausējumi Ir arī vairāki trūkumi, kas saistīti ar to slikto veiktspēju augstā temperatūrā, metināšanas šuvju remonta problēmām un kopumā vāju sprieguma izturību, korozijas plaisāšanu un citām problēmām.
Nerūsējošais tērauds
Salīdzinot ar titānu vai supersakausējumiem, nerūsējošajam tēraudam ir laba stiprības un svara attiecība, izturība pret augstu temperatūru un zemākas izmaksas, tāpēc to plaši izmanto lidmašīnu un kosmosa kuģu komponentos. Nerūsējošajam tēraudam ir augsta izturība pret koroziju, izturība pret oksidēšanu un nodilumizturība pareizajā vidē.
Nerūsējošo tēraudu izmanto dzinēju un izplūdes sistēmās, hidrauliskajās detaļās, siltummaiņos, šasijas sistēmās un konstrukciju savienojumos. Tērauds tiek izmantots arī aviācijas un kosmosa komponentos, piemēram, eņģes, stiprinājumi, šasijas un citas lidmašīnas sastāvdaļas. Kopā ar AM parasti tiek izmantoti dažādi nerūsējošie un īpašie tēraudi, tostarp austenīta (ti, 316L) un nokrišņu rūdīšanas (PH). Tomēr, neskatoties uz šīm priekšrocībām, tērauds ir samērā blīvs, tāpēc tā izmantošana aprobežojas ar sistēmas masas samazināšanu. Tērauds nav populārs piedevu ražošanā, jo daži sakausējumi ir pakļauti plaisāšanai, un to var viegli veidot ar tradicionālām metodēm, un to bieži izmanto mazāk sarežģītos mezglos.
Šis sakausējums sākotnēji tika izstrādāts, lai uzlabotu mehāniskās īpašības (piemēram, šļūdes pretestību, stiepes izturību, mikrostrukturālo integritāti) ekstremālās temperatūrās. Sakausējums ir daudzsološs metāla komponentos gāzturbīnām, raķešu dzinējiem, kodolreaktoriem un citiem augstas temperatūras lietojumiem. Tomēr tradicionālie mehāniskie sakausēšanas procesi šādu sakausējumu ražošanai ir ārkārtīgi neefektīvi, laikietilpīgi un dārgi, un 3D drukāšana paver īsceļu šādu sakausējumu iegūšanai.
NASA ODS-MEA materiāls tiek apstrādāts ar selektīvās lāzerkausēšanas L-PBF metāla 3D drukas tehnoloģiju. Sakausējumu var izgatavot sarežģītās ģeometrijās, un tas ir izturīgs pret spriegumu plaisāšanu un dendrītu segregāciju.
Ir pierādīts, ka NASA process rada komponentus ar 10 reizi uzlabotu šļūdes pārrāvuma laiku 1100 grādos un par 30 procentiem spēcīgāku nekā pašreizējām 3D drukātajām daļām. Jaunie ODS-MEA sakausējumi var atrast pielietojumus, kur pašlaik tiek izmantoti ODS sakausējumi (piemēram, tie, kas saistīti ar ārkārtēju termisko vidi), tostarp elektroenerģijas ražošanai, dzinējspēkam (raķetes, reaktīvie dzinēji utt.), kodolenerģijas lietojumiem, kā arī kalnrūpniecībā un cementā. ražošanas nozares ražošanas iekārtas, gāzturbīnu komponenti (paaugstinot ieplūdes gaisa temperatūru, paaugstinās efektivitāte) u.c.
Supersakausējumi uz kobalta bāzes, vara sakausējumi
Augstas temperatūras lietojumiem, kur nav nepieciešama augsta siltumvadītspēja, var izmantot sakausējumus uz kobalta bāzes (tostarp CoCr un Stellite). Tomēr, ja siltumvadītspēja ir prioritāte, priekšplānā izvirzās vara sakausējumi. To augstā siltumvadītspēja dabiski ir piemērota siltummaiņiem. Raķešu lietojumos lielākā siltuma plūsma rodas vilces kameras blokā, tāpēc šajā zonā ir augsts spiediens. Savukārt šajās vidēs izmantotajiem vara sakausējumiem ir nepieciešama augsta izturība un augsta siltumvadītspēja (vienlaikus atbilstot materiālu saderības prasībām ar izvēlēto propelentu).
Pie plaši pazīstamiem AM-AM vara sakausējumiem pieder GRCop-42, GRCop-84, C18150 (Cu-Cr-Zr), C18200 (Cu-Cr) un GlidCop.
cits
Piedevu ražošana var radīt pielāgotus bimetāla un multimetāla metālus. Materiālus var diskrēti pievienot konstrukcijai, lai optimizētu termiskās vai strukturālās īpašības. Produktus var izgatavot ar strukturālām apvalkiem, atlokiem, uzgaļiem vai citām funkcijām, lai optimizētu visas apakšsistēmas svaru. Tie var ietvert diskrētas metāla pārejas vai funkcionāli klasificētus materiālus (FGM).
Citi metālu sakausējumi, ko var izmantot kosmosa lietojumos, ir ugunsizturīgi metāli, piemēram, niobijs, tantals, molibdēns, rēnijs un volframs un to sakausējumi. Uz niobija bāzes veidots C-103 ir izplatīts tādos lietojumos kā radiācijas dzesēšanas sprauslas, kosmosa reakcijas kontroles sistēmas un hiperskaņas spārnu priekšējās malas.
Citus sakausējumus uz niobija bāzes (WC3009, C129Y, Cb752, FS-85) izmanto gaisa kuģu termiskās aizsardzības sistēmās un kosmosa reaktoru serdeņu konstrukcijās.
Tantala sakausējumi (Ta10W, Ta111, Ta122) parasti tiek izmantoti korozīvā augstspiediena un īpaši augstas temperatūras vidē.
Ugunsizturīgos materiālus uz molibdēna bāzes izmanto īpaši augstas temperatūras lietojumos, piemēram, sārmu metālu siltuma caurulēs un kodoltermiskās piedziņas degvielas elementos. Smagie sakausējumi ir daudz mazāk izstrādāti piedevu ražošanai, taču tos var izmantot pašaizdegšanās dedzinātavās un viena kristāla turbīnu lāpstiņās.