Aviācijas un kosmosa nozare strauji attīstās mūsu straujajā tehnoloģiski progresīvajā periodā, un ražošanas precizitāte un veiktspējas kritēriji vienmēr pieaug. Saskaroties ar sarežģītām konstrukcijām un augstas precizitātes prasībām lidaparātu sastāvdaļām, tradicionālajām ražošanas metodēm dažreiz ir grūti sasniegt optimālus rezultātus. Metāla 3D drukas tehnoloģijas ieviešana ir būtiski mainījusi lidmašīnu ražošanu, ievērojami uzlabojot ražošanas precizitāti un veicinot radošās industrijas attīstību.
Metāla 3D drukāšana, ko dažkārt dēvē par metāla piedevu ražošanu, ir paņēmiens, kurā trīsdimensiju lietas tiek radītas, saliekot slāni pa slānim metāla pulverus vai stieples. Tas izkausē metāla pulveri zem iepriekš izveidota modeļa kontūras, izmantojot enerģijas avotus, piemēram, lāzerus vai elektronu starus, tādējādi veidojot cietu metāla slāni. Pēc tam ražošanas platforma nokrīt vienu kārtu, uzklāj svaigu metāla pulveri un turpina atkārtot iepriekšminēto procedūru, līdz viss ir uzbūvēts. Šī "no nulles" piedevu izgatavošanas tehnika ievērojami palielina ražošanas precizitāti, panāk tiešu sarežģītu konstrukcijas komponentu izgatavošanu un pilnībā atbrīvo no tradicionālo veidņu ierobežojumiem.
Metāla 3D drukas tehnoloģija sākotnēji izpaužas gaisa kuģu rūpniecībā dzinēju komponentu ražošanā. Gaisa kuģa dzinēju veiktspēja tieši ietekmē gaisa kuģa vispārējo veiktspēju, jo tie ir tā galvenā sastāvdaļa. Ne tikai laikietilpīga un darbietilpīga, bet arī izaicinoša, lai garantētu ražošanas precizitāti, tradicionālā dzinēja ražošanas tehnoloģija prasa daudz precīzas apstrādes un montāžas darbību. Metāla 3D drukas tehnoloģija ir krasi saīsinājusi šos darbietilpīgos procesus. Metāla 3D drukāšanas tehnoloģija var tieši ražot dzinēja sastāvdaļas ar sarežģītām konstrukcijām, piemēram, degvielas sprauslas, zema spiediena turbīnu lāpstiņas utt., precīzi kausējot un slāņos sakraujot metāla pulverus. Šīm detaļām ir jāiztur diezgan augsta temperatūra un spiediens, turklāt tās ir sarežģītas. Izmantojot ideālu dizainu un materiālu izvēli, metāla 3D drukas tehnoloģija ir ne tikai efektīvi panākusi precīzu šo komponentu ražošanu, bet arī ievērojami uzlabojusi to izturību un izturību. Piemēram, lai gan saglabājas liela izturības un svara attiecība, zema spiediena turbīnu lāpstiņas, kas sastāv no TiAl sakausējuma, ir par aptuveni 50% vieglākas nekā parastie augstas temperatūras sakausējumi, kuru pamatā ir niķelis, tādējādi samazinot visas zemspiediena turbīnas svaru.
Papildus dzinēju detaļām vēl viena būtiska metāla 3D drukāšanas tehnoloģijas izmantošana kosmosa nozarē ir viegls dizains. Lidmašīnas veiktspējas uzlabošana galvenokārt ir atkarīga no svara, tāpēc metāla 3D drukas tehnoloģija nodrošina vieglu dizainu, izmantojot konstrukcijas dizainu un sastāvdaļu materiālu izvēli. Piemēram, GE9X dzinējam 3D drukas tehnoloģija palīdzēja optimizēt oriģinālos siltummaiņa 163 komponentus vienā integrētā komponentā, tādējādi samazinot svaru par 40%, ražošanas izmaksas par 25% un pagarinot kalpošanas laiku. Šī vieglā arhitektūra ne tikai samazina lidmašīnas kopējo svaru, bet arī palielina degvielas ekonomiju un samazina oglekļa emisijas.
Metāla 3D drukas tehnoloģijas lielā pielāgošanas pakāpe un efektivitāte kosmosa inženierijā ir vēl viens svarīgs ieguvums. Lai gan metāla 3D drukāšana var tieši izdrukāt nepieciešamo formu, pamatojoties uz CAD modeļiem bez turpmākas apstrādes, tradicionālajām ražošanas metodēm ir nepieciešams liels skaits veidņu un armatūru komponentu ražošanai. Personalizēšana ir vienkārša, izmantojot šo "viens pret vienu" ražošanas tehniku. Masveida ražošanu un atsevišķas detaļas var ātri pabeigt ar tādām pašām izmaksām. Turklāt metāla 3D druka krasi samazina komponentu ražošanas ciklu. Lai gan metāla 3D drukāšana var tikt pabeigta stundās vai pat minūtēs, sarežģītas sastāvdaļas izgatavošana ar parastajām metodēm var aizņemt nedēļas vai pat mēnešus. Papildus ražošanas efektivitātes paaugstināšanai šī efektīvā ražošanas tehnika paātrina jaunu produktu ieviešanu, tādējādi ievērojami ietaupot laiku uzņēmumiem.
Metāla 3D drukas tehnoloģijas precizitātes palielināšana lidmašīnu ražošanā ir redzama arī sarežģītu konstrukcijas komponentu ražošanā. Dažām gaisa kuģu sastāvdaļām ir diezgan augstas sarežģītības un precizitātes prasības, kuras dažkārt ir grūti sasniegt, izmantojot parastās ražošanas metodes. Šo sarežģīto strukturālo komponentu tieša radīšana un garantēta augstas precizitātes ražošanas rezultāti, izmantojot metāla 3D drukas tehnoloģijas. Piemēram, raķešu dzinēju ražošanai metāla 3D drukas tehnoloģija var radīt komponentus ar sarežģītiem dzesēšanas kanāliem, kurus ir grūti iegūt, izmantojot parastās ražošanas metodes. Izmantojot metāla 3D drukas tehnoloģiju, var precīzi regulēt katra metāla pulvera slāņa kušanu un uzkrāšanos, tādējādi ļaujot precīzi izgatavot sarežģītas konstrukcijas.
Tomēr metāla 3D drukāšanas tehnoloģiju izmantošana aviācijas un kosmosa rūpniecībā arī rada zināmas grūtības. Piemēram, metāla 3D drukas iekārtu izmaksas un investīcijas ir diezgan augstas; ir nepieciešami turpmāki pētījumi un risinājumi, lai risinātu problēmas, tostarp termisko spriegumu un atlikušo spriegumu metāla 3D drukāšanas procesā; metāla pulveru sagatavošanai un uzglabāšanai nepieciešama stingra apstākļu kontrole. Tomēr ar savām īpašajām priekšrocībām un iespējām metāla 3D drukas tehnoloģija kļūst arvien nozīmīgāka aviācijas un kosmosa ražošanā.
https://www.china-3dprinting.com/metal-3d-printing/metal-3d-printing-piston-in-the-engine.html