Während der diesjährigen TCT Asia 3D Printing Exhibition und der Zhuhai Air Show ist „Massenfertigung“ zum neuesten Vokabular zur Beschreibung der Metall-3D-Drucktechnologie geworden. „Bereitstellung von mehr Möglichkeiten für die Massenproduktion von Luft- und Raumfahrtteilen“ und „für die Massenproduktion“ lässt uns nicht nur fragen, entwickelt sich der Metall-3D-Druck so schnell und so zuverlässig?
Der Grund für den Markeninhaber, solche Werbung zu machen, liegt darin, dass es zuverlässige Fälle gibt, die diese Rhetorik stützen. Der typischste Vertreter ist, dass GE Aviation mehr als 100 000 Düsenköpfe hergestellt und auf die fortschrittlichsten Triebwerke angewendet hat:
GE9X auf Boeing 777X
LEAP-1A auf Airbus A320 NEO
LEAP-1B, getragen von Boeing 737MAX
LEAP-1C auf dem chinesischen C919
Es kombiniert 20 durch Schweißen hergestellte Teile zu einem präzisen Ganzen, was das Gewicht des Produkts im Vergleich zur vorherigen Generation um 25 Prozent reduziert, die Haltbarkeit um das Fünffache verbessert und die Wirtschaftlichkeit um 30 Prozent erhöht. Seine komplexe Merkmalsstruktur erfordert nur eine Herstellung im 3D-Druckverfahren. Der Erfolg dieses Falls zeigt, dass der Metall-3D-Druck für die Massenproduktion machbar ist.
Obwohl inländische Fälle von Massenfertigung von Metall-3D-Druck im Luft- und Raumfahrtbereich nicht veröffentlicht wurden, können immer noch Hinweise gefunden werden. Im jüngsten Anwendungsfall der Sixth Academy of Aerospace Science and Technology heißt es, dass im Entwicklungs- und Herstellungsprozess des 85--Tonnen-Open-Cycle-Flüssigsauerstoff-Kerosinmotors „die Schlüsselkomponenten des 3D-Drucks gewesen sind dutzende Male in Langzeittests getestet. Dies beweist von der Seite, dass die Qualität der mit Metall-3D-Drucktechnologie hergestellten Teile zuverlässig ist und von der Luft- und Raumfahrt akzeptiert werden kann. Als nächstes wird aus Sicht der Produktion beschrieben, welche Faktoren die Massenproduktion in der Luft- und Raumfahrtindustrie beeinflussen.
1. Produktkonsistenz, ein Schlüsselfaktor für eine wiederholbare Fertigung
Die Realisierung der Chargenfertigung bedeutet, dass jedes durch Metall-3D-Druck in einer einzigen Charge oder in mehreren Chargen hergestellte Teil in Bezug auf Teilequalität, Leistung und Maßgenauigkeit vollständig konsistent ist, d.h. die Technologie hat eine wiederholbare Fertigungsqualität erreicht. Dies stellt strenge Anforderungen an Druckgeräte und Prozessstandards.
Die Abstimmung der Geräte muss strenge Standards erfüllen und eine wiederholbare Fertigungsqualität erreichen können, um die Grundvoraussetzungen für eine Massenproduktion zu haben. Aber dies ist nur eine systematische Beschreibung, aber es umfasst ein breites Spektrum, wie z. B. die Entfernung von Rauch und die Regulierung des Luftstroms im Formraum während des Druckvorgangs, die Stabilitätskontrolle der Laserleistung und die Regulierung der Energie jedes Teils die Plattform innerhalb eines akzeptablen Bereichs, Drucken Die Kontrolle des Sauerstoffgehalts in der Kammer und die nach Abschluss der Konstruktion erforderliche Nachbearbeitung usw., die Anzahl der Sensoren, die angeordnet werden müssen, kann Tausende erreichen. GE hat außerdem detaillierte Untersuchungen, Analysen und Transformationen der erworbenen Concept Laser-Drucker durchgeführt, um die Kapazitäten der Massenfertigung zu erfüllen.
2. Gut ausgebildete Ingenieure sind entscheidend
Für die Metall-3D-Drucktechnologie ist zwangsläufig viel Fachwissen erforderlich, aber es erfordert nicht, dass eine Person vielseitig qualifiziert ist. Diese Technologie umfasst viele technische Details, wie z. B. das Design für die additive Fertigung, den fachgerechten Betrieb und die Wartung, die Entwicklung des Druckverfahrens und die Kontrolle der Materialqualität, die Nachbearbeitung und so weiter.
Fast alle diese beteiligten Prozesse wirken sich direkt darauf aus, ob die Fertigungsqualität des Produkts einheitlich ist. Für Lieferanten, die sich der Erbringung von Dienstleistungen für die Luft- und Raumfahrtindustrie verschrieben haben, sind Talente in diesen Verbindungen unverzichtbar, insbesondere diejenigen, die gut ausgebildete Ingenieure sind. Die Entwicklung von Ingenieuren mit diesen speziellen Fähigkeiten ist teuer und zeitaufwändig, aber notwendig.
3. Die Herstellungskosten müssen weiter sinken
Es sollte darauf hingewiesen werden, dass die 3D-Drucktechnologie nicht weit verbreitet und in Massenproduktion hergestellt wird, es sei denn, die Kapitalrendite übersteigt andere verfügbare Produktionsmethoden. Für die Luft- und Raumfahrt scheinen die Kosten nicht das Wichtigste zu sein, aber die Kosten beeinflussen immer noch, ob eine Massenproduktion erreicht werden kann.
Die hohen Kosten der Maschine selbst sind ein großes Problem. Nach zehn Jahren Technologieakkumulation und F&E-Iterationen sind die Ausrüstungskosten von 3D-Druckern jedoch im Vergleich zu den Anfängen erheblich gesunken. Auch bei den Materialkosten zeigt sich ein konstanter Trend. Unabhängig davon, ob es sich um ausgereifte Technologie oder um den Wettbewerb handelt, die kontinuierliche Reduzierung der Herstellungskosten wird unvermeidlich sein.
4. Es wird immer mehr automatische Anpassungen und Produktionen geben
Die Minimierung menschlicher Fehler ist für die additive Metallfertigung sehr wichtig. Wenn beispielsweise die Parameter der Punktgröße und der Überlappung mehrerer Laser angepasst werden, kann das Urteil der Ingenieure anders ausfallen. Daher haben einige Gerätehersteller wie Farsoon Hi-Tech unabhängig voneinander ein "intelligentes Multi-Laser-Kalibrierungssystem" entwickelt, das die Herausforderung der sich überlappenden Multi-Laser-Konsistenz weitestgehend löst und die Druckqualität und -leistung einheitlicher macht.
Andere vom Menschen verursachte Fehler umfassen das Nivellieren von Bausubstraten, die Pulverreinigung von Rohrleitungen im Inneren von Teilen sowie das Entfernen und Nachbearbeiten von Stützstrukturen. Aktuelle Software und Hardware machen diese Prozesse intelligenter. Obwohl der Automatisierungsgrad derzeit noch begrenzt ist, zeichnet sich ab, dass dies ein Trend sein wird.
Zusammenfassen
Zu den Anwendungsvorteilen der metallischen additiven Fertigungstechnologie im Luft- und Raumfahrtbereich gehören befreites Design, hohe Materialausnutzung, niedrige Herstellungskosten und schnelle Fertigung. Nach anfänglichen Zweifeln begann es sich schnell zu entwickeln.
Metall-3D-Druck ist nicht nur „druckbar“, die Leistung muss den Installationsanforderungen entsprechen, die Massenproduktion muss stabil, effizient und konsistent sein, die Kosten müssen weiter gesenkt werden und die Innovationsfähigkeit von Design und Prozessverbesserung und -aufrüstung muss sich weiter verbessern. Nur so kann es zu einem unverzichtbaren Bestandteil der Fertigungslieferkette werden, und dieser einst „nicht zum Mainstream“ gehörende Prozess kann im kalten Winter überleben.