1. Lo stato dell'attuale applicazione aeronautica della tecnologia di stampa 3D in metallo
La tecnologia di stampa 3D in metallo è ampiamente applicata nel settore aeronautico per produrre parti importanti come motori, camere di combustione e pale di turbine. Ad esempio, il primo motore a cherosene, ossigeno liquido e pompa elettrica con bullone ad ago prodotto localmente che utilizza la tecnologia di stampa 3D è il motore a razzo liquido "Thunder-5" di Deep Blue Aerospace. La regolazione della gamma di spinta è del 50% -110%; la sua spinta massima nel vuoto è di 50 kN. Inoltre, riducendo notevolmente i costi di produzione e i tempi di consegna, SpaceX ha ampiamente utilizzato parti stampate in 3D nei motori a razzo Falcon 9 e SuperDraco, con grande forza, duttilità e resistenza alla frattura.
2. Idea e vantaggi della tecnologia di stampa tridimensionale multimateriale
Il metodo di produzione avanzato noto come stampa 3D multimateriale consente la stampa composita di diversi materiali. Consente l'integrazione di diversi materiali in un unico componente, producendo quindi prodotti strutturali complessi che soddisfano diversi scopi e criteri prestazionali e sono impegnativi con le tecniche di produzione convenzionali. Questa tecnologia offre maggiori opportunità per creare particolari componenti funzionali con prestazioni migliori.
La tecnologia di stampa 3D multi materiale si riflette principalmente nelle seguenti caratteristiche nel settore aerospaziale:
Variabilità nella progettazione: la tecnica di formatura impilabile della stampa 3D consente ai progettisti di costruire forme geometriche complesse, aumentando così la loro flessibilità creativa. I progettisti possono realizzare combinazioni di diversi materiali nello stesso modello utilizzando la stampa multimateriale per soddisfare vari criteri funzionali e prestazionali.
La tecnica di stampa 3D multimateriale può ospitare metalli refrattari e ceramiche ad alte prestazioni, oltre ad altri materiali in polvere metallica e ceramica. Ciò offre i mezzi per creare costruzioni composite metallo-ceramiche con varie caratteristiche chimiche e fisiche.
La tecnologia di stampa 3D multimateriale può sfruttare la struttura di grande complessità che costituisce i vantaggi della stampa 3D per creare materiali compositi e elementi dalla struttura complessa che non possono essere prodotti con mezzi convenzionali.
La tecnologia di stampa 3D multimateriale può fornire uno stampaggio integrato di componenti strutturali bimateriali, evitando così i problemi derivanti dall’assemblaggio multicomponente nei processi convenzionali e contribuendo così a migliorare le prestazioni generali e l’affidabilità delle strutture bimateriali.
3. Casi applicativi della tecnologia di stampa 3D multimateriale nel settore aerospaziale: componenti del motore I componenti del motore aerospaziale, tra cui pale di turbine, camere di combustione, ecc., sono stati prodotti in modo efficace utilizzando tecnologie di stampa 3D in metallo. La stampa con più materiali permette di ridurre notevolmente il peso garantendo comunque la struttura esterna e la robustezza generale, ottimizzando così il risparmio di carburante e le prestazioni dell'aeromobile. Utilizzando la tecnologia di produzione additiva a deposizione direzionale di energia DED, la NASA, ad esempio, ha depositato materiali bimetallici sull'estremità posteriore della camera di rame GRCop-42, creando un giunto assiale in superleghe di ferro e nichel ad alta resistenza per l'ugello della camera di spinta del razzo, così ottenere un raffreddamento continuo e risolvere alcune sfide di progettazione e problemi di interfaccia nella progettazione delle connessioni bullonate.
Aziende come Deep Blue Aerospace, SpaceX e Skyroot Aerospace hanno effettivamente prodotto motori a razzo utilizzando tecnologie di stampa 3D. Tra questi, Dhawan-1, Skyroot Aerospace ha lanciato il primo motore a razzo utilizzando iniettori di carburante stampati al 100% in 3D e lo ha testato con successo sul suo veicolo di lancio Vikram I. L’azienda ha ridotto la qualità del motore del 50% utilizzando la tecnologia di stampa 3D, della metà i componenti necessari per la sua costruzione e dei tempi di consegna della produzione dell’80%.
Il processo PEP (Powder Extrusion) sviluppato da Sublimation 3D è una tecnologia di stampa 3D indiretta creativa per metallo/ceramica che non può più limitarsi alla produzione di un singolo materiale e soddisfa ampiamente le esigenze di prodotti di stampa compositi complessi. Questa tecnologia consente la stampa composita di diversi materiali utilizzando una stampante 3D a doppio ugello indipendente in grado di stampare materiali metallici e ceramici contemporaneamente o in alternativa. Nel rapido sviluppo e produzione di multimateriali metallo/ceramica, materiali compositi metallo/ceramica e relativi prodotti nel settore aerospaziale, questa tecnologia trova un ampio potenziale di applicazione.
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