De vraag naar lichtgewicht, hoogwaardige en geavanceerde structurele componenten in de lucht- en ruimtevaartsector groeit dagelijks naarmate de technologie vordert. Hoewel de opkomst van de 3D-printtechnologie radicale verbeteringen heeft gebracht in de lucht- en ruimtevaartproductiesector, hebben conventionele productietechnieken in deze sectoren soms aanzienlijke beperkingen. Onder hen is de vooruitgang van de 3D-printtechnologie in de ruimtevaart sterk vergemakkelijkt door de studie en ontwikkeling van verbeterde metaalpoeders.
3D-printen, ook wel additive manufacturing-technologie genoemd, is een techniek voor laag voor laag materiaalaccumulatie om driedimensionale items te creëren. 3D-printtechnologie biedt een beter materiaalgebruik, snellere productiecycli en meer ontwerpvrijheid dan conventionele subtractieve productie of alternatieven voor gelijkwaardige materiaalproductie. 3D-printtechnologie wordt op grote schaal toegepast in de lucht- en ruimtevaart, waaronder lichtgewichtproductie, optimalisatie van motoronderdelen, productie van drones en productie van vliegtuigonderdelen.
Met name in de lucht- en ruimtevaartindustrie, waar er vrij grote behoeften zijn aan de prestaties van metaalpoeder, is metaalpoeder een cruciale grondstof voor de 3D-printtechnologie. Hoogwaardige metaalpoeders vereisen eigenschappen zoals goede bolvormigheid, vloeibaarheid, geschikte deeltjesgrootteverdeling en hoge zuiverheid. Deze eigenschappen hebben een directe invloed op de kwaliteit en prestaties van 3D-geprinte goederen, dus de ontwikkeling van verbeterde metaalpoeders is een belangrijke drijfveer geworden voor het verbeteren van de 3D-printtechnologie in de luchtvaart.
Twee vaak gebruikte bereidingstechnieken bij het onderzoek en de ontwikkeling van metaalpoeders zijn de vacuüm-inductie-smelt-argon-verstuivingsmethode (VIGA) en de plasma-roterende elektrode-methode (PREP). De PREP-methode kan metaalpoeders bereiden met een hoge bolvormigheid, een glad oppervlak, een smalle verdeling van de poederdeeltjesgrootte en een goede vloeibaarheid, wat unieke voordelen heeft op het gebied van 3D-printen; de VIGA-methode heeft een hoge opbrengst aan fijn poeder, maar problemen met hol poeder en satellietpoeder. Het ontwikkelen en updaten van een nieuwe generatie plasma-roterende elektrode-verstuivingspoedertechnologie en -apparatuur zal helpen de opbrengst aan fijn poeder en de productie-efficiëntie te verbeteren, waardoor de kwaliteit van PREP-poeder wordt verbeterd.
Naast het verbeteren van de bereidingstechniek, worden de prestaties van metaalpoeder sterk beïnvloed door de zuiverheid ervan. Voor bepaalde toepassingen, zoals de lucht- en ruimtevaart, hanteren consumenten vrij exacte normen voor de zuiverheid van metaalpoeder. Het zuurstofgehalte van het poeder van een titaniumlegering is {{0}}.007% tot 0.013%; het zuurstofgehalte van legeringspoeder op hoge temperatuur moet worden geregeld tussen 0,006% en 0,018%; en het zuurstofgehalte van roestvrij staalpoeder is 0,010% tot 0,025%. Deze strenge zuiverheidscriteria garanderen belangrijke indicaties zoals mechanische sterkte van 3D-geprinte items, corrosieweerstand en prestaties bij hoge temperaturen.
3D-printen in de ruimtevaart hangt ook sterk af van de deeltjesgrootteverdeling van metaalpoeder. gevarieerde 3D-printtechnieken en vormgevingsmethoden vereisen gevarieerde criteria voor de verdeling van de poederdeeltjesgrootte. Voor 3D-printen met metaal is de meest gebruikte poederdeeltjesgrootte tegenwoordig 15–150 μm. Vanwege hun fijne gefocusseerde vlek en het eenvoudige smelten van fijn poeder, zijn printers die op lasers als energiebron werken geschikt voor het gebruik van poeders van 15 tot 53 μm; Printers die elektronenbundels als energiebron gebruiken, hebben iets grovere gefocusseerde lichtvlekken, waardoor ze beter geschikt zijn voor het smelten van grove poeders en voor het gebruik van poeders van 53 tot 105 μm. poeder met een deeltjesgrootte van 105–150 μm kan worden gebruikt voor coaxiale poedertoevoerprinters.
Een andere cruciale bepalende factor voor de vloeibaarheid van metaalpoeder is de bolvorm ervan. Over het algemeen is de stroombaarheid van poederdeeltjes beter naarmate hun bolvormigheid groter is. Om een feilloze poederverdeling en -toevoer tijdens het printen te garanderen, heeft het 3D-printen van metaalpoeder een bolvormigheid van meer dan 98% nodig. De belangrijkste bereidingstechnieken voor hoogwaardige 3D-geprinte metaalpoeders zijn aërosolisatie- en roterende elektrodetechnieken; de poedervorm die door deze twee processen wordt geproduceerd, is dus in wezen bolvormig en voldoet aan de hoge criteria van 3D-printen.
Naast de voortschrijdende 3D-printtechnologie voor vliegtuigen, ondersteunt het onderzoek en de ontwikkeling van nieuwe metaalpoeders de innovatie en ontwikkeling van de poedermetallurgietechnologie. Met behulp van technieken zoals het persen en sinteren van metaalpoeders is poedermetallurgie een geavanceerde materiaalverwerkingsmethode die verschillende onderdelen produceert. Poedermetallurgie in de lucht- en ruimtevaart wordt op grote schaal toegepast om lichtgewicht constructies en ingewikkeld gevormde componenten te produceren. De poedermetallurgietechnologie is verder ontwikkeld en verfijnd met de komst van de 3D-printtechnologie, waardoor een samengestelde productietechnologie van "3D-printen + poedermetallurgie" is ontstaan.
Een nieuwe techniek die 3D-printen en poedermetallurgietechnologieën combineert, is poederextrusieprinten (PEP). Eerst worden metaal/keramische poeders consequent gemengd met organische bindmiddelen om pellets te maken. Deze techniek vormt ze vervolgens met behulp van een 3D-printer, verwijdert de bindmiddelen uit de geproduceerde plano's en verdicht ze ten slotte door middel van sinteren om goederen te produceren met consistente en uitstekende prestaties. Naast de schimmelvrije voorbereiding vergroot de PEP-technologie de verwerkingscapaciteit van zeer complexe componenten met een hoge moeilijkheidsgraad, waardoor een effectievere en flexibelere productieoplossing voor de lucht- en ruimtevaartsector wordt geboden.
https://www.china-3dprinting.com/metal-3d-printing/metal-3d-printing-optimizes-fluid-manifolds.html