1. Der Stand der aktuellen Flugzeuganwendung der Metall-3D-Drucktechnologie
Die Metall-3D-Drucktechnologie wird in der Flugzeugindustrie umfassend eingesetzt, um wichtige Teile wie Triebwerke, Brennkammern und Turbinenschaufeln herzustellen. Beispielsweise ist das erste lokal hergestellte Flüssigsauerstoff-Kerosintriebwerk mit Nadelbolzen-Elektropumpe, das 3D-Drucktechnologie nutzt, das Flüssigraketentriebwerk „Thunder-5“ von Deep Blue Aerospace. Die Anpassung der Schubreichweite beträgt 50 % -110 %; Sein maximaler Vakuumschub beträgt 50 kN. Darüber hinaus hat SpaceX in den Raketentriebwerken Falcon 9 und SuperDraco weit verbreitete 3D-gedruckte Teile mit hoher Festigkeit, Duktilität und Bruchfestigkeit eingesetzt, um die Herstellungskosten und Lieferzeiten erheblich zu senken.
2. Idee und Vorteile der dreidimensionalen Multimaterial-Drucktechnologie
Die fortschrittliche Fertigungsmethode, bekannt als Multimaterial-3D-Druck, ermöglicht den Verbunddruck mehrerer Materialien. Es ermöglicht die Integration mehrerer Materialien in einer einzigen Komponente und somit die Herstellung komplexer Strukturprodukte, die mehrere Zwecke und Leistungskriterien erfüllen und mit herkömmlichen Fertigungstechniken eine Herausforderung darstellen. Diese Technologie bietet mehr Möglichkeiten zur Herstellung bestimmter Funktionskomponenten mit besserer Leistung.
Die Multimaterial-3D-Drucktechnologie spiegelt sich vor allem in den folgenden Merkmalen im Luft- und Raumfahrtbereich wider:
Variabilität im Design: Mit der Stapelformtechnik des 3D-Drucks können Designer komplizierte geometrische Formen konstruieren und so ihre kreative Flexibilität erhöhen. Designer können mithilfe des Multimaterialdrucks Kombinationen mehrerer Materialien im selben Modell realisieren, um verschiedene Funktions- und Leistungskriterien zu erfüllen.
Die Multimaterial-3D-Drucktechnik kann neben anderen Metall- und Keramikpulvermaterialien auch hochschmelzende Metalle und Hochleistungskeramik verarbeiten. Dies bietet die Möglichkeit, Metall-Keramik-Verbundkonstruktionen mit unterschiedlichen chemischen und physikalischen Eigenschaften herzustellen.
Die Multimaterial-3D-Drucktechnologie kann die großen Vorteile des 3D-Drucks bei der Strukturbildung bei komplexer Struktur nutzen, um Verbundmaterialien und komplexe Strukturelemente herzustellen, die mit herkömmlichen Mitteln nicht hergestellt werden können.
Die Multimaterial-3D-Drucktechnologie kann das integrierte Formen von Strukturkomponenten aus zwei Materialien ermöglichen und so die Probleme vermeiden, die sich aus der Mehrkomponentenmontage in herkömmlichen Prozessen ergeben, und so dazu beitragen, die allgemeine Leistung und Zuverlässigkeit von Strukturen aus zwei Materialien zu verbessern.
3. Anwendungsfälle der Multimaterial-3D-Drucktechnologie in der Luft- und Raumfahrt: Triebwerkskomponenten Triebwerkskomponenten für die Luft- und Raumfahrt, einschließlich Turbinenschaufeln, Brennkammern usw., wurden mithilfe von Metall-3D-Drucktechnologien effektiv hergestellt. Durch den Einsatz mehrerer Materialien lässt sich das Gewicht erheblich senken, die äußere Struktur und die allgemeine Festigkeit bleiben jedoch erhalten, wodurch der Treibstoffverbrauch und die Leistung des Flugzeugs optimiert werden. Mithilfe der DED-Technologie zur gerichteten Energieabscheidung der additiven Fertigung hat die NASA beispielsweise bimetallische Materialien am hinteren Ende der GRCop-42-Kupferkammer abgeschieden und so eine hochfeste Axialverbindung aus Eisen-Nickel-Superlegierungen für die Raketenschubkammerdüse geschaffen Erzielung einer kontinuierlichen Kühlung und Lösung einiger Designherausforderungen und Schnittstellenprobleme bei der Konstruktion von Bolzenverbindungen.
Unternehmen wie Deep Blue Aerospace, SpaceX und Skyroot Aerospace haben mithilfe von 3D-Drucktechnologien effektiv Raketentriebwerke hergestellt. Unter diesen hat Dhawan-1, Skyroot Aerospace, das erste Raketentriebwerk mit 100 % 3D-gedruckten Kraftstoffeinspritzern auf den Markt gebracht und es erfolgreich auf seiner Trägerrakete Vikram I getestet. Durch den Einsatz der 3D-Drucktechnologie konnte das Unternehmen die Motorqualität um 50 %, die für den Bau notwendigen Komponenten um die Hälfte und die Produktionslieferzeit um 80 % senken.
Das von Sublimation 3D entwickelte PEP-Verfahren (Powder Extrusion) ist eine kreative indirekte 3D-Drucktechnologie für Metall/Keramik, die nicht mehr auf die Herstellung eines einzelnen Materials beschränkt werden kann und die Anforderungen komplexer Verbunddruckprodukte in hohem Maße erfüllt. Diese Technologie ermöglicht den Verbunddruck mehrerer Materialien durch die Verwendung eines unabhängigen 3D-Druckers mit zwei Düsen, der Metall- und Keramikmaterialien gleichzeitig oder alternativ drucken kann. In der schnellen Entwicklung und Herstellung von Metall-Keramik-Multimaterialien, Metall-Keramik-Verbundwerkstoffen und deren Produkten im Luft- und Raumfahrtbereich findet diese Technologie umfangreiches Anwendungspotenzial.
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