Como se señala en la Perspectiva global de la industria aeroespacial y de defensa de 2019 de Deloitte, a medida que la industria aeroespacial y de defensa continúa creciendo, la demanda de producción también seguirá creciendo. Y, al diseñar para aplicaciones aeroespaciales y de defensa, la selección de materiales es fundamental. Para los componentes que no están en el suelo, la clave es reducir el número y el peso de los componentes. En estas zonas, cada gramo de peso perdido traerá grandes beneficios.
El titanio tiene un punto de fusión extremadamente alto, superior a 1600 grados, y también es un material típico difícil de mecanizar, que es la razón principal por la que cuesta más que otros metales. Ti6Al4V es actualmente el material de aleación de titanio más utilizado. No solo es liviano, sino que también tiene alta resistencia y resistencia a altas temperaturas. Estas características lo hacen muy popular en el campo aeroespacial. Las aplicaciones comunes incluyen palas, discos, carcasas y otras piezas utilizadas en la sección de baja temperatura de ventiladores y compresores de motores, con un rango de temperatura de trabajo de 400-500 grados; También se utiliza en la fabricación de componentes de fuselajes y cápsulas espaciales, cajas de motores de cohetes y bujes de rotores de helicópteros, etc. Sin embargo, a pesar de su alta temperatura y resistencia a la corrosión, el titanio es un mal conductor de la electricidad, lo que lo convierte en una mala elección para aplicaciones eléctricas. Las aleaciones de titanio también son más caras en comparación con otros metales ligeros como el aluminio.
El uso de tecnología de fabricación aditiva favorece la reducción de los costos de procesamiento y el desperdicio de materias primas, y tiene importantes ventajas económicas. Las aleaciones a base de titanio son también los sistemas de aleaciones más sistemáticos y maduros para la investigación de fabricación aditiva. Los componentes de aleación de titanio fabricados aditivamente se han aplicado en el campo aeroespacial como estructuras portantes. Según la encuesta de referencia en tecnología de impresión 3D, Aero Met de Estados Unidos comenzó a producir pruebas de estructuras de soporte de carga secundarias de aleación de titanio en pequeños lotes para juntas basadas en portaaviones Boeing F/A-18E/F. aviones de combate/ataque en 2001, y tomó la iniciativa en la realización de la aleación de titanio LMD en 2002. Aplicación de piezas estructurales secundarias de soporte de carga en aviones de verificación F/A-18. La Universidad de Aeronáutica y Astronáutica de Beijing ha logrado avances en la tecnología clave de la fabricación aditiva por láser de aleaciones de titanio. Las propiedades mecánicas integrales de las aleaciones son significativamente mayores que las de las piezas forjadas. La Universidad Politécnica de Northwestern utilizó tecnología de fabricación aditiva por láser para fabricar las tiras de los bordes superior e inferior de la nervadura central del ala del avión C919 para China Commercial Aircraft Corporation, con un tamaño de 3000 mm × 350 mm × 450 mm y una masa de 196 kg.
Fabricación aditiva de aluminio y la industria aeroespacial
Las aleaciones a base de aluminio tienen baja densidad, alta resistencia específica, fuerte resistencia a la corrosión, buena conformabilidad, buenas propiedades físicas y mecánicas y son los materiales estructurales de metales no ferrosos más utilizados en la industria. Para la fabricación aditiva por láser, los materiales a base de aluminio son materiales típicos difíciles de procesar, que están determinados por sus propiedades físicas especiales (baja densidad, baja tasa de absorción del láser, alta conductividad térmica y fácil oxidación, etc.). Desde la perspectiva del proceso de formación de fabricación aditiva, la densidad de la aleación de aluminio es pequeña, la fluidez del polvo es relativamente pobre, la uniformidad de la colocación en el lecho de polvo de formación SLM es pobre o la continuidad del transporte del polvo en el proceso LMD es pobre, por lo tanto , la precisión y exactitud del sistema de distribución y alimentación de polvo en el equipo de fabricación aditiva por láser son altas.
Las aleaciones de aluminio utilizadas actualmente en la fabricación aditiva son principalmente aleaciones de Al-Si, entre las que se han estudiado ampliamente AlSi10Mg y AlSi12 con buena fluidez. Sin embargo, debido a la naturaleza del material de la aleación de aluminio fundido Al-Si, aunque se prepara mediante un proceso de fabricación aditiva por láser optimizado, es difícil que la resistencia a la tracción supere los 400 MPa, lo que limita su rendimiento de servicio en el sector aeroespacial y otros campos. Uso en miembros de alta carga.
Para obtener aún más propiedades mecánicas superiores, muchas empresas y universidades nacionales y extranjeras han acelerado el ritmo de la investigación y el desarrollo en los últimos años, y se ha lanzado al mercado una gran cantidad de aleaciones de aluminio de alta resistencia dedicadas a la fabricación aditiva. Airbus ha desarrollado Scalmalloy, el primer material en polvo de aleación de aluminio de alta resistencia del mundo dedicado a la fabricación aditiva, en respuesta a las necesidades de fabricación aditiva de piezas de aleación de aluminio para la aviación. La resistencia a la tracción a temperatura ambiente es de 520 MPa. Se ha aplicado a la fabricación aditiva de piezas estructurales de cabina de avión A320. La resistencia de la aleación de aluminio de alta resistencia 7A77.60L desarrollada por el Laboratorio de Investigación Hughes (HRL) en los Estados Unidos supera los 600 Mpa, convirtiéndose en la primera aleación de aluminio de alta resistencia forjada equivalente que se puede utilizar para la fabricación aditiva. El Centro Marshall de Vuelos Espaciales de la NASA ha comenzado a utilizar Este material se utiliza en la producción de piezas aeroespaciales a gran escala; La referencia de la tecnología de impresión 3D también ha informado que la nueva aleación de aluminio especial de alta resistencia para impresión 3D diseñada y desarrollada por el Instituto de Investigación Industrial CRRC nacional ha superado el límite de patentes de Airbus. La estabilidad supera los 560 MPa, lo que es significativamente mejor que el rendimiento de impresión del polvo de aleación de aluminio Scalmalloy® de Airbus. Puede satisfacer las necesidades de impresión 3D para piezas de fabricación de alta gama, como equipos de tránsito ferroviario doméstico y aeroespacial. Aplicaciones de fabricación de materiales.
