1. Materiālu īpašības un ierobežojumi
Lai gan alumīnija sakausējumi ir diezgan populāri, taču tie rada daudz grūtību 3D drukāšanas procesā, parasti metālu 3D drukāšanā izmantotie materiāli ir titāna sakausējumi, augstas temperatūras sakausējumi un vara sakausējumi. Alumīnija sakausējuma zemā lāzera absorbcija un lielā siltumvadītspēja rada ievērojamus enerģijas zudumus un zemu formēšanas efektivitāti. Turklāt alumīnija sakausējumi ir pakļauti deformācijai un sprieguma uzkrāšanai lāzera pārklāšanas laikā; tādēļ ir jāveic turpmāki profilaktiski pasākumi, lai apturētu daļu plaisāšanu.
Grūti noņemams un ietekmē komponentu kvalitāti, alumīnija sakausējums arī var reaģēt ar skābekli lāzera tiešās nogulsnēšanas laikā, veidojot augstu kušanas temperatūru Al ₂ O ∙. Leģējošie elementi ar zemu viršanas temperatūru (piemēram, Zn un Si) alumīnija sakausējumos ir pakļauti degšanai lāzera nogulsnēšanas laikā, kas maina sakausējuma sastāvu un tādējādi ietekmē komponentu mikrostruktūru un īpašības. Šo materiālu īpašību ierobežojumi ierobežo alumīnija sakausējumu izmantošanu kosmosa kuģu detaļu 3D drukāšanā.
2. Ražošanas metodoloģiju trūkumi
Turklāt ar pašu metāla 3D drukāšanu ražošanas procesā ir daži ierobežojumi. Vienai no visbiežāk izmantotajām metāla 3D drukas tehnoloģijām, piemēram, lāzera pulvera slāņa kausēšanas (L-PBF) tehnoloģijai ir diezgan zema ražošanas efektivitāte, īpaši pēcapstrādes operācijās ar sarežģītiem ģeometriskiem gabaliem. CNC apstrādes laikā, jo grūtāk ir identificēt un saspiest, jo sarežģītāka ir sagataves ģeometriskā forma, tādējādi palielinot ražošanas izmaksas un aizņemto laiku.
Turklāt metāla 3D drukāšanas procesā rodas dūmi un šļakatas, kas var ietekmēt pulvera atkārtotu izmantošanu un palielināt ražošanas izdevumus. Gatavo produktu veiktspēju un kvalitāti lielā mērā ietekmē pēcapstrādes darbības, tostarp daļiņu noņemšana, termiskā apstrāde, apstrāde un virsmas pulēšana. Īpaši sarežģītām konstrukcijas detaļām, ko rada pulvera slāņa kausēšana, procesa atbalsta noņemšanas paņēmienu ir maz, un noņemšanai parasti tiek izmantotas knaibles, kas palielina deformācijas un detaļu bojājumu risku un apgrūtina kvalitātes konsekvences garantiju.
3. Vadlīnijas un grūtības fiziskā izpildījumā
Zems blīvums, liels elastības modulis, spēcīga izturība un liela stingrība nosaka ļoti augstus fiziskās veiktspējas standartus kosmosa kuģu sastāvdaļām. Šie kritēriji ierobežo metāla 3D drukas materiālu izvēli un dizaina pieeju. Piemēram, lai gan alumīnija sakausējumam ir zems blīvums, fiziskie ierobežojumi tā 3D drukāšanas procesā apgrūtina augstas stiprības un lielas stingrības kritēriju izpildi.
Turklāt kosmosa kuģu komponentu ilgstošai darbībai orbītā ir nepieciešami stabili vides apstākļi, tostarp augsta temperatūra, zema temperatūra, vakuums un starojums. Šie vides elementi uzliek diezgan lielas cerības uz materiāla stabilitāti. Metāla 3D drukāšanas rezultātā var rasties izmaiņas materiāla mikrostruktūrā un fāzes sastāvā, tādējādi ietekmējot tā ilgtermiņa stabilitāti un uzticamību.
4. Tehniskās sertifikācijas problēmas un brieduma pakāpe
Lai gan metāla 3D drukas tehnoloģijai ir plašas izmantošanas iespējas kosmosa kuģu komponentu projektēšanā, tās tehnoloģiskā attīstība vēl ir jāpastiprina. Sertifikācijas trūkums apgrūtina daudzu piedevu ražošanas sakausējumu izmantošanu aviācijas un kosmosa nozarē. Sertifikācijas procedūra rada izaicinājumus jaunu tehnoloģiju attīstībai un izmantošanai, jo tās atbalstam ir vajadzīgs laiks un daudz eksperimentālu datu.
Vienlaikus metāla 3D drukas tehnikas izvēle ir grūts uzdevums. Jāņem vērā arī dizaina elementi, procesa ievade, procesa ierobežojumi, metalurģijas un ģeometriskās problēmas, kā arī citi faktori. Šie elementi mijiedarbojas, sarežģījot un izaicinot procesa izvēli.
5. Nākotnes attīstības virziens
Lai gan metāla 3D drukāšanai ir vairāki fiziski ierobežojumi, tās pielietojuma iespējas kosmosa kuģu komponentu projektēšanā joprojām ir diezgan plašas. Tālākais varētu būt daļa no turpmākās attīstības virziena:
Svaigu materiālu izstrāde: izveidojiet jaunus materiālus, kas labāk piemēroti 3D drukāšanai, tostarp titāna sakausējumus, augstas temperatūras sakausējumus un augstas veiktspējas alumīnija sakausējumus. Šo jauno materiālu izcilajām fiziskajām un apstrādes īpašībām vajadzētu palīdzēt apmierināt kosmosa kuģu komponentu stingrās vajadzības.
Procesa uzlabošana: pašreizējo 3D drukāšanas metožu uzlabošana palīdzēs uzlabot komponentu kvalitāti un ražošanas efektivitāti. Piemēram, detaļu formēšanas efektivitāti un veiktspēju var palielināt, maksimāli palielinot lāzera parametrus, pulvera īpašības un pēcapstrādes metodes.
Tehniskā sertifikācija ir izveidot visu sertifikācijas sistēmu un standartus, tādējādi stiprinot sertifikācijas centienus metāla 3D drukas tehnoloģijai. Tas atbalstīs jaunu tehnoloģiju ieviešanu un izplatību aviācijas un kosmosa nozarē.
Stiprināt daudznozaru sadarbību tādās jomās kā materiālu zinātne, mašīnbūve un datorzinātne, lai kopīgi risinātu metāla 3D drukāšanas fiziskos ierobežojumus un tehnoloģiskos šķēršļus kosmosa kuģu komponentu projektēšanā.
https://www.china-3dprinting.com/metal-3d-printing/metal-3d-printed-racing-parts.html