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3D打印復雜鈦合金鑲件 開啟鈦合金材料加工制造新未來
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3D打印復雜鈦合金鑲件 開啟鈦合金材料加工制造新未來

發(fā)布時間 :2018-09-23 11:15:43 瀏覽次數(shù) :

航天發(fā)射過程中,將每公斤物品送入衛(wèi)星軌道的費用約為20,000美元,節(jié)省每一克都有助于提高空間探索的效率。Materialise與全球數(shù)字服務廠商Atos的工程部門共同合作,重新開發(fā)了一個廣泛應用于衛(wèi)星的鈦合金鑲件。在設計或制造航天器部件時,最大的挑戰(zhàn)就是在不犧牲部件強度或性能的前提下優(yōu)化重量。鈦合金鑲件廣泛用于航空航天領域,在衛(wèi)星等結(jié)構中用于傳遞高機械載荷。憑借精巧的優(yōu)化設計并通過金屬3D打印,新型鈦合金鑲件重量僅為原來的三分之一,性能也得到了改進。

3D打印鈦合金

鑲件置入夾層板結(jié)構鈦合金鑲件通常用來將其他設備與衛(wèi)星連接起來,這樣的鑲件承受很高的負載,需要提升起又大又重的結(jié)構。這意味著它們必須具備很高的強度重量比,具有很高的強度和剛性,同時重量又必須非常輕。這些鑲件被置入在航空航天結(jié)構中很常見的復合結(jié)構夾層板里,通過與夾層板的結(jié)合將載荷轉(zhuǎn)移。

傳統(tǒng)鑲件通常采用鋁合金或鈦合金通過機加工制造,其磚塊形狀的內(nèi)部完全是實體,質(zhì)量很高。除了材料的高成本之外,重型部件還會增加每次發(fā)射時航天器的運營成本,金屬3D打印為航天結(jié)構件減重提供了契機。

利用3D打印優(yōu)化設計

工程師面臨著改變傳統(tǒng)思維的挑戰(zhàn)。這個設計旨在滿足從概念階段到制造階段的所有要求。Atos依靠在航空航天工程(603698)和結(jié)構仿真方面的專業(yè)知識,從內(nèi)到外設計了這個新型部件,提高了其整體性能。

通過3D打印,物體的內(nèi)部空間可以采用中空或輕量化結(jié)構設計。Materialise和Atos的工程師從減少部件內(nèi)部的材料使用量入手,研發(fā)團隊采用拓撲優(yōu)化和晶格結(jié)構設計等先進技術,將鑲件質(zhì)量從1454克減少到500克。

除了減輕重量外,團隊還解決了原始設計中的熱彈性應力問題。由于這些鑲件在碳纖維增強聚合物夾板固化過程中已經(jīng)被安裝,因此會受到熱彈性應力。優(yōu)化設計降低了這些應力帶來的影響并改善了載荷分布,延長了鑲件的使用壽命。

不萊梅Materialise金屬3D打印工廠負責制作了新設計的兩個鈦合金(TiAl6V4)鑲件。金屬3D打印已經(jīng)證明其在航空領域的巨大潛力,之前沒有任何手段可以達到如此之快的交付時間。

Atos西班牙機械工程總監(jiān)這樣評價:"減輕重量將有助于提高衛(wèi)星設備的有效載荷,并大量節(jié)省每次的發(fā)射成本。正是由于在如此短的時間內(nèi),在金屬增材制造領域創(chuàng)造出這種高度復雜的產(chǎn)品,使得Atos和Materialise成為金屬3D打印解決方案供應商中的佼佼者。"

從過往的案例我們可以看出,materialise幾乎滲透進入各種應用領域,不斷挑戰(zhàn)傳統(tǒng)加工手段的地位,不斷開拓3D打印在傳統(tǒng)制造業(yè)中的深刻應用,推進變革,推動3D打印的發(fā)展。到目前看來,materialise只有一個。

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