Pieprasījums pēc vieglām, augstas veiktspējas un izsmalcinātām strukturālām sastāvdaļām aviācijas un kosmosa nozarē katru dienu pieaug, attīstoties tehnoloģijām. Lai gan 3D drukas tehnoloģiju attīstība ir radījusi radikālus uzlabojumus kosmosa ražošanas nozarē, tradicionālajām ražošanas metodēm dažkārt šajās nozarēs ir ievērojami ierobežojumi. Tostarp aviācijas un kosmosa 3D drukas tehnoloģiju progresu ir daudz veicinājusi uzlaboto metāla pulveru izpēte un izstrāde.
3D drukāšana, ko dažkārt dēvē par aditīvu ražošanas tehnoloģiju, ir paņēmiens materiālu slāņa slāņa uzkrāšanai, lai izveidotu trīsdimensiju priekšmetus. 3D drukas tehnoloģija lepojas ar labāku materiālu izmantošanu, ātrākiem ražošanas cikliem un lielāku dizaina brīvību nekā parastā atņemošā ražošana vai līdzvērtīgas materiālu ražošanas alternatīvas. 3D drukāšanas tehnoloģija tiek plaši izmantota aviācijas un kosmosa jomā, tostarp vieglā svara ražošanā, dzinēju komponentu optimizācijā, dronu ražošanā un lidaparātu komponentu ražošanā.
Jo īpaši aviācijas un kosmosa rūpniecībā, kur ir diezgan lielas vajadzības pēc metāla pulvera veiktspējas, metāla pulveris ir būtisks 3D drukas tehnoloģiju izejmateriāls. Augstas kvalitātes metāla pulveriem ir vajadzīgas īpašības, tostarp laba sfēriskums, plūstamība, piemērots daļiņu izmēra sadalījums un augsta tīrība. Šīs īpašības tieši ietekmē 3D drukāto preču kvalitāti un veiktspēju, tāpēc uzlabotu metāla pulveru izstrāde ir kļuvusi par galveno virzītājspēku aeronavigācijas 3D drukas tehnoloģiju uzlabošanai.
Divas bieži izmantotas sagatavošanas metodes metālu pulveru izpētē un izstrādē ir vakuuma indukcijas kausēšanas argona atomizācijas metode (VIGA) un plazmas rotējošo elektrodu metode (PREP). Ar PREP metodi var sagatavot metāla pulverus ar augstu sfēriskumu, gludu virsmu, šauru pulvera daļiņu izmēru sadalījumu un labu plūstamību, kam ir unikālas priekšrocības 3D drukas jomā; VIGA metodei ir augsta smalka pulvera iznākums, bet problēmas ar dobu pulveri un satelītu pulveri. Jaunas paaudzes plazmas rotējošo elektrodu atomizācijas pulvera tehnoloģijas un aprīkojuma izstrāde un atjaunināšana palīdzēs uzlabot smalkā pulvera iznākumu un ražošanas efektivitāti, tādējādi uzlabojot PREP pulvera kvalitāti.
Papildus sagatavošanas tehnikas uzlabošanai metāla pulvera veiktspēju lielā mērā ietekmē tā tīrība. Īpašiem lietojumiem, piemēram, aviācijā, patērētājiem ir diezgan precīzi metāla pulvera tīrības standarti. Skābekļa saturs titāna sakausējuma pulverī ir {{0}}.007% līdz 0.013%; augstas temperatūras sakausējuma pulvera skābekļa saturs ir jāregulē no 0,006% līdz 0,018%; un skābekļa saturs nerūsējošā tērauda pulverī ir no 0,010% līdz 0,025%. Šie stingrie tīrības kritēriji garantē svarīgas norādes, piemēram, 3D drukāto izstrādājumu mehānisko izturību, izturību pret koroziju un veiktspēju augstā temperatūrā.
Aviācijas un kosmosa 3D drukāšana lielā mērā ir atkarīga arī no metāla pulvera daļiņu izmēra sadalījuma. dažādas 3D drukas tehnikas un veidošanas metodes prasa dažādus pulvera daļiņu izmēra sadalījuma kritērijus. Metāla 3D drukāšanai mūsdienās visbiežāk izmantotais pulvera daļiņu izmēru diapazons ir 15–150 μm. Pateicoties to smalki fokusētam plankumam un vienkāršai smalka pulvera kausēšanai, printeri, kas darbojas ar lāzeru kā enerģijas avotu, ir piemēroti pulveru izmantošanai diapazonā no 15 līdz 53 μm; Printeriem, kas izmanto elektronu starus kā enerģijas avotus, ir nedaudz rupjāki fokusēti gaismas plankumi, tāpēc tie ir labāk piemēroti rupju pulveru kausēšanai un pulveru izmantošanai diapazonā no 53 līdz 105 μm. pulveri, kura daļiņu izmērs ir 105–150 μm, var izmantot koaksiālās pulvera padeves printeros.
Vēl viens būtisks metāla pulvera plūstamības noteicējs ir tā sfēriskums. Vispārīgi runājot, pulvera daļiņu plūstamība ir labāka, jo augstāka ir to sfēriskums. Lai garantētu nevainojamu pulvera sadali un padevi drukāšanas laikā, metāla pulvera 3D drukāšanai nepieciešams sfēriskums vairāk nekā 98%. Galvenās augstas kvalitātes 3D drukāto metāla pulveru sagatavošanas metodes ir aerosolizācija un rotējošo elektrodu tehnika; tādējādi šajos divos procesos iegūtā pulvera forma būtībā ir sfēriska, kas atbilst augstajiem 3D drukāšanas kritērijiem.
Papildus lidmašīnu 3D drukas tehnoloģijas attīstībai jaunu metāla pulveru pētniecība un izstrāde atbalsta pulvermetalurģijas tehnoloģiju inovācijas un attīstību. Izmantojot metodes, tostarp metāla pulveru presēšanu un saķepināšanu, pulvermetalurģija ir sarežģīta materiālu apstrādes metode, kas ražo dažādas detaļas. Aviācijas un kosmosa pulvermetalurģija tiek plaši izmantota vieglu konstrukciju un sarežģītas formas komponentu ražošanā. Pulvermetalurģijas tehnoloģija ir tālāk attīstīta un pilnveidota līdz ar 3D drukas tehnoloģijas parādīšanos, tādējādi radot saliktu ražošanas tehnoloģiju "3D druka+pulvermetalurģija".
Viena no jaunajām metodēm, kas apvieno 3D drukāšanu un pulvermetalurģijas tehnoloģijas, ir pulvera ekstrūzijas druka (PEP). Vispirms konsekventi sajaucot metāla/keramikas pulverus ar organiskām saistvielām, lai izgatavotu granulas, pēc tam šīs metodes tās veido, izmantojot 3D printeri, no sagatavēm atdala saistvielas un, visbeidzot, saķepina tās, lai ražotu preces ar nemainīgu un izcilu veiktspēju. Papildus sagatavošanai bez pelējuma, PEP tehnoloģija palielina augstas sarežģītības un ļoti sarežģītu komponentu apstrādes jaudu, tādējādi piedāvājot efektīvāku un elastīgāku ražošanas risinājumu kosmosa nozarei.
https://www.china-3dprinting.com/metal-3d-printing/metal-3d-printing-optimizes-fluid-manifolds.html