항공 우주 분야에서 3D 인쇄의 기술적 이점

제 3 차 산업 혁명의 제조 분야에서 전형적인 대표적인 기술로서, 3D 프린팅의 발전은 항상 모든 삶에서 광범위한 관심을 끌고 있습니다. 금속 고성능 첨가제 제조 기술 (금속 3D 인쇄 기술) 은 업계 전문가들에 의해 3D 인쇄 분야에서 어렵고 높은 수준의 개발 지점으로 간주됩니다. 산업 제조에 중추적 인 역할을합니다. 남극 곰은 또한 금속 3D 인쇄의 개발에 주목하고 있습니다. 요즘 전 세계의 산업 제조 회사는 금속 첨가제 제조 기술, 특히 항공 우주 제조 회사를 적극적으로 연구하고 개발하고 있습니다. 심지어 기술 리더십을 보장하기 위해 연구 개발 노력을 늘리기 위해 많은 재정적 및 물질적 자원을 지출합니다.

미국 제조 수익 전략과 독일 산업 4.0 배경으로 국제 환경은 3D 인쇄의 성장에 없어서는 안될 영양을 제공합니다. 미국에 새로 설립 된 National Additive Manufacturing Center이든 영국 기술 전략위원회이든 항공 우주는 첨가제 제조 기술의 주요 응용 분야입니다. 2012 년 10 월, 전 중국 과학원 회장이자 전국 인민 대표 대회 부회장 인 Lu Yongxiang은 중국의 3D 기술이 항공 우주 분야에 처음 적용될 것임을 분명히했습니다.

산업의 왕관에있는 밝은 진주 인 항공 우주 제조 분야는 국가의 모든 첨단 기술을 통합합니다. 국가 전략 계획을 실행하고 정치 상황을 표시 할 수있는 백업 보증 분야입니다. 새로운 제조 기술로서 금속 3D 기술은 항공 우주 분야에서 뛰어난 응용 프로그램 이점과 명백한 서비스 이점을 가지고 있습니다. 주로 다음과 같은 측면에 반영됩니다.

(1) 새로운 항공 우주 장비의 연구 개발주기 단축

항공 우주 기술은 국방력과 국가 정치의 상징입니다. 세계 국가 간의 경쟁은 매우 치열합니다. 따라서 모든 국가는 국방 분야에서 무적을 만들기 위해 더 빠른 속도로 새로운 무기와 장비를 개발하려고합니다. 금속 3D 인쇄 기술은 고성능 금속 부품, 특히 고성능 대형 구조 부품의 제조 공정을 크게 단축시킵니다. 부품 제조 공정에 사용되는 금형을 개발할 필요가 없으므로 제품 개발 및 제조주기가 크게 단축됩니다.

국방대 군사 물류 및 군사 과학 기술 장비학과 교수 인 Li Daguang은 1980 년대와 1990 년대에 말했다. 새로운 세대의 전투기를 개발하는 데 적어도 10-20 년이 걸릴 것입니다. 3D 인쇄 기술의 가장 두드러진 장점은 가공 또는 금형이 필요하지 않으며 어떤 모양의 부품도 컴퓨터 그래픽 데이터에서 직접 생성 할 수 있다는 것입니다. 따라서 3D 인쇄 기술 및 기타 정보 기술을 사용하면 최소 3 년 내에 새로운 전투기를 개발할 수 있습니다. 기술의 높은 유연성, 고성능 및 유연한 제조 특성뿐만 아니라 복잡한 부품의 무료 신속한 프로토 타이핑과 함께, 금속 3D 인쇄는 항공 우주 분야에서 빛나고 방위 장비 제조에 대한 강력한 기술 지원을 제공합니다.

국내 대형 항공기 C919 의 중앙 플랜지 부분은 항공 분야에서 금속 3D 인쇄 기술의 일반적인 응용 프로그램입니다. 이 구조 부분은 길이가 3 미터 이상이며 세계에서 금속 3D 인쇄로 생산 된 가장 긴 항공 우주 구조 부품입니다. 전통적인 제조 방법을 사용하는 경우, 이 부분은 시간이 많이 걸리고 노동 집약적 일뿐만 아니라 초대형 톤수 프레스에 의해 위조되어야합니다. 또한 원료를 낭비합니다. 현재 중국에는 대규모 구조 부품을 생산할 수있는 장비가 없습니다.

따라서 항공기의 개발 과정과 안전을 보장하기 위해 해외에서이 부분을 주문해야하며 주문에서 설치까지의 수명주기는 2 년 이상입니다. 항공기 연구 개발의 진전을 심각하게 방해합니다. 금속 3D 인쇄 기술로 인쇄 된 중앙 플랜지 스트립은 개발하는 데 약 1 개월이 걸렸으며 구조 강도는 항공 표준을 완전히 준수하는 단조 표준에 도달하거나 초과했습니다. 금속 3D 인쇄 기술의 사용은 우리 나라의 대형 항공기의 개발을 크게 단축시켜 개발 작업을 원활하게 진행할 수 있도록했습니다.

(2) 재료의 활용률을 높이고 값 비싼 전략 재료를 절약하고 제조 비용을 절감합니다.

그리고 이것은 항공 우주 분야에서 금속 3D 인쇄 기술의 적용의 축소판 일뿐입니다.

항공 우주 제조 분야의 대부분은 티타늄 합금 및 니켈 기반 초합금과 같은 가공하기 어려운 금속 재료와 같은 값 비싼 전략 재료를 사용하고 있습니다. 전통적인 제조 방법에서 재료의 이용률은 매우 낮으며, 일반적으로 10% 이상이거나 심지어 2% 5%. 재료의 엄청난 낭비는 또한 가공 절차가 복잡하고 생산 시간이 길다는 것을 의미합니다. 가공이 어려운 기술적 인 부분이라면 가공 사이클이 크게 증가하고 제조 사이클이 크게 연장되어 제조 비용이 증가합니다.

금속 3D 인쇄 기술은 네트 성형 기술로서 소량의 후속 처리만으로 사용할 수 있으며 재료의 활용률이 60% 에 도달했습니다. 때로는 90% 개 이상에 도달합니다. 이것은 제조 비용을 줄이고 원자재를 절약 할뿐만 아니라 국가가 제안한 지속 가능한 개발 전략에 부합합니다.

2014 년 중국 과학원이 개최 한 심포지엄에서 beihang University의 Wang Huaming 교수는 중국이 이제 55 일 만에 C919 항공기 조종석의 유리창 프레임을 인쇄 할 수 있다고 말했습니다. Wang Huaming은 또한 유럽 항공기 제조 회사가 같은 것을 생산하는 데 최소 2 년이 걸릴 것이라고 말했다. 곰팡이를 만드는 데 2 백만 달러가 들었습니다. 그러나 중국의 3D 인쇄 기술 사용은 생산주기를 단축하고 효율성을 향상시킬뿐만 아니라 원료를 절약하여 생산 비용을 크게 절감합니다.

(3) 부품의 구조 최적화, 무게 감소, 스트레스 농도 감소 및 서비스 수명 증가

항공 우주 무기 및 장비의 경우 무게 감소는 영원한 주제입니다. 비행 중 비행 장비의 유연성을 향상시킬뿐만 아니라 부하 용량을 늘리고 연료를 절약하며 비행 비용을 절감 할 수 있습니다. 그러나, 전통적인 제조 방법은 이미 부품의 중량 감소를 최대화하고 있으며, 예비 용량을 더 발휘하는 것은 비현실적이다.

그러나 3D 기술의 적용은 복잡한 부품의 구조를 최적화 할 수 있습니다. 성능을 보장한다는 전제하에 복잡한 구조를 간단한 구조로 변형시키고 재 설계하여 무게를 줄일 수 있습니다. 또한 부품의 구조를 최적화함으로써 부품의 응력을 가장 합리적인 분포로 제시하여 피로 균열의 위험을 줄여 서비스 수명을 늘릴 수 있습니다. 합리적이고 복잡한 내부 흐름 채널 구조를 통해 온도 제어를 실현하여 설계 및 사용을 최적화합니다.DLP 재료(LiqCreate 왁스 castable 및Liqcreate 프리미엄 모델), 또는 사용 기준을 충족시키기 위해 재료의 배합을 통해 다른 부품의 임의의 자유 성형을 실현하십시오.

전투기의 랜딩 기어는 높은 하중과 높은 충격을 지닌 핵심 부품으로 강도가 높고 내충격성이 높은 부품이 필요합니다. 미국 F16 전투기에서 3D 기술로 제조 된 랜딩 기어는 사용 기준을 충족 할뿐만 아니라 평균 수명이 원본의 2.5 배입니다.

(4) 부품의 수리 및 형성

생산 및 제조에 금속 3D 인쇄 기술을 사용하는 것 외에도 금속 고성능 부품 수리에 대한 적용 가치는 제조 자체보다 결코 낮지 않습니다. 현재 상황에 관한 한, 수리 성형에서 금속 3D 인쇄 기술의 잠재력은 제조 자체보다 훨씬 높습니다.

고성능 일체형 터빈 블리스크 부품을 예로 들어 보겠습니다. 디스크의 특정 블레이드가 손상되면 전체 터빈 블리스크가 폐기되고 직접적인 경제적 손실은 백만 개가 넘습니다. 과거와 비교할 때 이러한 종류의 손실은 돌이킬 수없고 가슴 아픈 것일 수 있지만 3D 인쇄 레이어 별 제조의 특성에 따라, 우리는 손상된 블레이드를 특수 기판으로 간주하고 손상된 부분에 레이저 3 차원 형성을 수행하면 부품의 모양을 복원 할 수 있습니다. 성능은 기본 재료보다 훨씬 높은 사용 요구 사항을 충족합니다. 3D 인쇄 프로세스의 제어 가능성으로 인해 수리의 부정적인 영향은 매우 제한적입니다.

실제로 3D 인쇄 부품은 수리하기가 더 쉽고 더 잘 어울립니다. 제조 공정 및 수리 매개 변수 사이의 격차로 인해 3D 수리 공정에서 다른 제조 기술과 비교하여, 조직, 구성 및 성능 측면에서 수리 영역과 기질의 일관성을 유지하는 것은 어렵습니다. 그러나이 문제는 3D 성형 부품을 수리 할 때 존재하지 않습니다. 수리 공정은 적층 제조 공정의 연속으로 간주 될 수 있으며 수리 영역과 기판은 최적의 일치를 달성 할 수 있습니다. 이것은 부품 제조 공정, 저비용 제조 + 저렴한 비용 수리 = 높은 경제적 이익을 실현합니다.

(5) 전통적인 제조 기술과 협력하고 서로 보완

전통적인 제조 기술은 대량 성형 제품의 생산에 적합하지만 3D 인쇄 기술은 개인화 된 또는 정제 된 구조 제품의 제조에 더 적합합니다. 3D 프린팅 기술과 전통적인 제조 기술을 결합하여 각각 강점을 활용하고 각각의 장점을 최대한 활용하며 제조 기술을 더욱 강력하게 만듭니다.

예를 들어, 표면의 고품질 성능이 필요하지만 중앙의 평균 성능이 필요한 부품의 경우 전통적인 제조 기술을 사용하여 중앙 모양의 부품을 생산할 수 있습니다. 그런 다음 레이저 입체형성 기술을 사용하여 이러한 중앙 부분에 표면 부분을 직접 형성 할 수 있습니다. 이러한 방식으로 높은 표면 성능과 일반적인 센터 요구 사항을 가진 부품이 생산되어 공정의 복잡성을 줄이고 생산 공정을 줄입니다. 이러한 상보적인 조합은 생산 및 부품 제조에서 중요한 실제 적용 가치를 갖는다.

또한, 단순한 외부 구조이지만 복잡한 내부 구조를 가진 구성 요소의 경우, 전통적인 제조 기술이 내부 복합 구조를 제조하는 데 사용될 때, 공정이 번거롭고 후속 처리 절차가 복잡하여 생산 비용이 발생하고 생산주기가 연장됩니다. 전통적인 제조 기술의 외부 사용과 3D 인쇄 기술의 내부 사용은 순 모양에 직접 가깝기 때문에 소수의 후속 프로세스 만 제품 제조를 완료 할 수 있습니다. 이를 통해 생산주기를 단축하고 비용을 절감하며 전통적인 기술과 신기술을 완벽하게 일치시켜 상호 운용성과 상보성을 달성 할 수 있습니다.

3D 인쇄 기술의 주요 응용 분야 인 항공 우주는 명백한 기술적 이점을 가지고 있지만 이것이 금속 3D 인쇄가 전능하다는 것을 의미하지는 않습니다. 실제 생산에서는 기술 응용 프로그램에서 해결해야 할 많은 문제가 여전히 있습니다. 예를 들어, 현재 3D 인쇄는 대량 생산에 적응할 수 없으며 고정밀 요구 사항을 충족시킬 수 없으며 고효율 제조를 달성 할 수 없습니다. 또한 3D 인쇄의 개발을 제한하는 핵심 요소는 장비의 높은 비용이며 대부분의 민간 분야는 높은 장비 제조 비용을 감당할 수 없습니다. 그러나 재료 기술, 컴퓨터 기술 및 레이저 기술의 지속적인 발전으로 제조 비용은 생산 비용을 부담 할 수있는 제조 산업의 능력을 충족시키기 위해 계속 감소 할 것입니다. 그 당시 3D 인쇄는 제조 분야에서 빛을 발할 것입니다.