Отличен избор за адитивно производство в аерокосмическата сфера от висок клас

Ефективността и цената на титановата и алуминиевата сплав са двете вечни движещи сили за развитието на технологията на материалите, докато лекотата, интеграцията и интеграцията на структурната функция са общите предизвикателства на структурния дизайн на самолета, приложението на материалите и производствената технология. През последните няколко десетилетия технологиите за почти мрежово формоване като горещо изостатично пресоване, леене под налягане и плазмено синтероване с разряд постигнаха голям напредък в областта на титаниевите сплави, но проблемите с тесните места като съдържанието на кислород и порьозността не бяха ефективно решени , като по този начин ограничава тяхното приложение в производството на авиационни конструкции от титанови сплави.

От гледна точка на научното изследване и развитие, съвременната индустрия се нуждае от структурни материали с висока якост, издръжливост на счупване и твърдост, като същевременно намалява теглото възможно най-много. Ето защо, леки сплави с висока якост като титан и алуминий и носещи топлоустойчиви сплави като базирани на Ni суперсплави се превърнаха във фокуса на плановете за изследване и развитие на нови материали в различни страни. В допълнение, тези материали също са важни материали за приложение в производството на лазерни добавки.

Предимства и разлики между титановата и алуминиевата сплав

Титановата сплав има висока специфична якост, специфична твърдост и добра устойчивост на корозия, което отговаря на нуждите на дизайна на самолети с висока маневреност, висока надеждност и дълъг живот, а нейното ниво на приложение се превърна във важен символ за измерване на напредналата степен на избор на материал за самолети.

Титаниевите сплави и алуминиевите сплави се използват широко в космическата промишленост, автомобилостроенето, машиностроенето и други области поради тяхната отлична ниска плътност и структурна здравина. Особено в авиационната индустрия те играят много важна роля и са основните структурни материали на авиационната индустрия. Въпреки че титаниевите сплави са около две трети по-тежки от алуминиевите сплави, тяхната присъща здравина означава, че необходимата якост може да бъде постигната в по-малки количества. Титановата сплав се превърна във важен материал за намаляване на разходите за гориво поради своята здравина и ниска плътност и се използва широко в самолетни реактивни двигатели и различни видове космически кораби. Алуминиевата сплав е най-широко използваният и често срещан лек автомобилен материал на този етап и нейната плътност е само една трета от тази на стоманата. Проучванията показват, че алуминиевата сплав може да се използва до 540 кг в цялото превозно средство, така че теглото на колата да бъде намалено с 40%. Използването на изцяло алуминиеви каросерии в автомобили на марки като Audi и Toyota е добър пример.

Тъй като и двата материала имат висока якост и ниска плътност, при избора на сплав трябва да се вземат предвид други фактори.

В критични ситуации, когато се изисква висока якост и ниско тегло, всеки грам е от значение, но ако са необходими компоненти с по-висока якост, титанът е най-добрият избор. Поради това титаниеви сплави се използват за направата на медицински устройства/импланти, сложни сателитни компоненти, приспособления и скоби.

По отношение на разходите, алуминият е най-рентабилният метал за машинна обработка или 3D печат; Докато титанът струва повече, леките части ще донесат огромни ползи за горивото, спестено от самолети или космически кораби, докато частите от титанови сплави имат по-дълъг експлоатационен живот.

По отношение на топлинните свойства алуминиевите сплави имат висока топлопроводимост и често се използват за производство на радиатори; За високотемпературни приложения високата точка на топене на титана го прави по-подходящ, а авиационните двигатели съдържат голям брой части от титанови сплави.

Устойчивостта на корозия и ниската реактивност на титана го правят най-биосъвместимия метал и се използва широко в медицински приложения като хирургически инструменти. Ti64 също издържа добре на солени среди и често се използва в морски приложения.

В аерокосмическата област алуминиевите сплави и титановите сплави се използват широко. Титановата сплав има предимствата на висока якост и ниска плътност (само около 57% от стоманата), а нейната специфична якост (якост/плътност) далеч надвишава тази на други метални структурни материали и може да произвежда части с висока якост на единица, добра твърдост и леко тегло. Стартовите части, скелетът, обшивката, крепежните елементи и колесникът в самолета са направени от титаниева сплав. Освен това справката с технологията за 3D печат за проверка на съответните материали установи, че алуминиевата сплав е подходяща за работа в среда под 200 градуса, фюзелажът на Airbus A380 използва повече от 1/3 от алуминия, а C919 също използва голям брой конвенционални високи -производителни материали от алуминиева сплав. Алуминиевата сплав се използва за обшивки на самолети, прегради, ребра на крилата и други части.

Поради високата си точка на топене и трудни свойства за обработка, титановите сплави са едни от най-скъпите метални материали. Въпреки това, леката, висока якост и устойчивост на висока температура на титановата сплав Ti6Al4V я правят високопоставена в космическата област. Обхватът му на приложение включва лопатки, дискове, приемници и други части, работещи в нискотемпературната част на вентилаторите и компресорите на двигателя, като работният температурен диапазон може да достигне 400-500 градуса. В допълнение, той се използва в производството на компоненти за фюзелажи и капсули, корпуси на ракетни двигатели и главини на роторни витла на хеликоптери. Въпреки това, поради лошата си проводимост, титанът не е идеален за електрически приложения. Въпреки че цената на титановата сплав е сравнително висока, нейната устойчивост на висока температура и устойчивост на корозия не могат да бъдат заменени от други леки метали.

Сплавите на базата на алуминий имат отлични физични свойства и механични свойства като ниска плътност, висока специфична якост, силна устойчивост на корозия и добра формоспособност, така че те се използват широко в индустрията. Въпреки това, от гледна точка на процеса на формоване на адитивното производство, плътността на алуминиевата сплав е малка, течливостта на праха е относително лоша, равномерността на полагане върху прахообразно легло за формиране на SLM е лоша или непрекъснатостта на транспортирането на прах в процеса на LMD е лоша , така че прецизността и точността на системата за разпръскване/подаване на прах в оборудването за производство на лазерни добавки са високи.

Понастоящем алуминиевите сплави, използвани в адитивното производство, са главно Al-Si сплави, от които AlSi10Mg и AlSi12 с добра течливост са широко проучени. Въпреки това, тъй като Al-Si сплавта принадлежи към лятата алуминиева сплав, въпреки че е приготвена чрез оптимизиран процес на производство на лазерни добавки, нейната якост на опън все още е трудно да надвиши 400MPa, което ограничава употребата й в носещи компоненти с по-високи изисквания за експлоатационни характеристики в космическото пространство и други полета.

Съвременните аерокосмически компоненти са изправени пред редица взискателни изисквания, включително леко тегло, висока производителност, висока надеждност и ниска цена. Тази сложна структура е изключително трудна за проектиране и производство. Чрез иновациите и развитието на технологията за производство на лазерни добавки за типични компоненти на базата на алуминий, титан и никел за космическата промишленост, ние можем не само да постигнем леко тегло и висока производителност при избора на материали, но също така отразяваме тенденцията на развитие на прецизност и нетна форма на производството на добавки технология. С интегрирането на адитивното производство на материали-структура-свойства, можем да приложим технологията за адитивно производство към голямо инженерство в космическата област.