AM-Additive Manufacturing은 기존 제조 기술로는 불가능했던 고복잡성 부품의 대량 항공 우주 생산을 제공합니다. 주요 항공 우주 회사와 많은 신생 기업에 많은 예가 있지만 현재 L-PBF 선택적 레이저 금속 융합 3D 프린팅이 가장 지배적인 프로세스이며 DED(LW-DED 및 LP-DED 포함)가 그 뒤를 잇습니다.
항공 우주 응용 분야를 위한 일반적인 AM 합금
항공우주 적층 제조 요구 사항을 위한 금속 선택은 알루미늄 합금, 스테인리스강, 티타늄 합금, 니켈 및 철 기반 초합금, 구리 합금 및 내화 합금을 포함하도록 확장되었습니다.
이러한 합금 중 일부의 뿌리는 전통적인 기계 가공 방법으로 거슬러 올라갈 수 있으며 항공우주 부품에 계속 사용됩니다. 신규 및 기존 합금이 지속적으로 개발되고 있으므로 현재 합금 목록이 완전하지 않습니다.
또한 현재 많은 합금이 개발 단계에만 도달했으며 L-PBF, LP-DED 및 AW-DED가 가장 많이 연구되는 영역인 특정 적층 제조 공정을 사용하는 항공 우주 응용 분야에 대해 완전히 자격을 갖추지 못할 수 있습니다.
사용되는 적층 제조 공정에 따라 공급원료는 사전 합금 분말(일반적으로 가스 분무로 생산), 와이어, 시트 또는 솔리드 로드에서 다양합니다. 사용 가능한 합금의 수는 단조 합금에 비해 제한되어 있지만, 성숙도 수준이 다양하다는 경고와 함께 사용 가능한 일반적이고 잘 알려진 고온 및 인기 있는 항공우주 합금이 많이 있습니다.
니켈 기반 초합금
니켈 기반 초합금은 AM 적층 제조 플랫폼에서 널리 사용되며 Inconel 625 및 Inconel 718은 많은 응용 분야에서 사용됩니다. 니켈 및 철 기반 초합금은 고온 및 고압에서 우수한 기계적 특성으로 선택되었으며 가혹한 환경(부식 및 내산화성)에서 자주 사용됩니다.
A-286, JBK-75 및 NASA HR-1과 같은 철 기반 초합금은 수소 환경 취성과 관련된 위험을 줄이기 위해 로켓 엔진과 같은 고압 수소 응용 분야에 일반적으로 사용됩니다. (희). 또한, 이러한 초합금은 높은 내크리프성을 가지고 있습니다. 이러한 특성의 조합은 현대 항공기 엔진의 효율성을 크게 높이는 데 도움이 됩니다.
초합금은 연소기, 터빈, 케이싱, 디스크 및 블레이드를 포함하여 고압 가스 터빈 엔진의 많은 구성 요소를 제조하는 데 있어 핵심 금속입니다.
기타 고온 및 저온 응용 분야에는 액체 로켓 엔진, 터보 기계, 인젝터, 점화기 및 매니폴드용 밸브가 포함됩니다. 현재 중량 기준으로 고급 항공기 엔진의 50% 이상이 니켈 기반 초합금으로 구성되어 있습니다.
티타늄 합금
강도 대 중량 비율은 또 다른 주요 지표이며, 이것이 티타늄 합금이 편리한 이유입니다. 티타늄 합금은 우수한 내식성과 적당한 온도 사용을 제공하는 항공 우주 응용 분야에 고도로 통합되어 있으며 적층 제조에 대한 뜨거운 관심의 대상이었습니다.
특히 Ti{0}}Al{1}}V는 랜딩 기어, 베어링 프레임, 회전 기계, 압축기 디스크 및 블레이드, 극저온 추진제 탱크 및 기타 여러 항공우주 부품에 사용되는 일반적인 합금입니다. Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo(Ti6242)는 압축기 블레이드 및 회전 기계에 사용되는 반면 티타늄 알루미나이드(-TiAl)는 터빈 블레이드에 적극적으로 사용됩니다. .
알루미늄 합금
티타늄 합금보다 약하지만 알루미늄 합금은 강도 대 중량 비율이 좋으며 일반적인(그리고 잘 정립된) 항공우주 재료 선택입니다. 3D Science Valley에 따르면 적층 제조 부품의 생산에 사용되는 알루미늄 합금에는 합금 원소를 기반으로 하는 1xxx, 2xxx, 4xxx, 6xxx 및 7xxx 시리즈가 포함되며, 이들 중 다수는 고체 적층 제조 공정을 사용하여 제조되며 사용할 수 있습니다. AFS-D 및 UAM 프로세스에서 처리합니다.
AlSi10Mg, F357, A205, 7A77, 6061-RAM2, Scalmalloy 등을 포함한 알루미늄 합금은 분말 베드 용탕 3D 프린팅 공정(PBF 및 유도 에너지 증착 금속 3D 프린팅-DED 용융 공정)에 의한 공정 균열을 줄이기 위해 개발되었습니다. 그러나 알루미늄 합금 또한 열악한 고온 성능, 용접 수리 문제, 일반적으로 열악한 응력 저항, 부식 균열 및 기타 문제로 인해 여러 가지 단점이 있습니다.
스테인레스 스틸
스테인리스강은 티타늄이나 초합금에 비해 강도 대 중량비가 우수하고 고온 저항이 낮고 가격이 저렴하여 항공기 및 우주선 부품에 널리 사용됩니다. 스테인리스 스틸은 적절한 환경에서 높은 내식성, 내산화성 및 내마모성을 나타냅니다.
스테인리스강은 엔진 및 배기 시스템, 유압 부품, 열교환기, 랜딩 기어 시스템 및 구조적 조인트에 사용됩니다. 강철은 경첩, 패스너, 착륙 장치 및 기타 항공기 부품과 같은 항공 우주 부품에도 사용됩니다. 오스테나이트(즉, 316L) 및 석출 경화(PH)를 비롯한 다양한 스테인리스강 및 특수강이 AM과 함께 일반적으로 사용됩니다. 그러나 이러한 장점에도 불구하고 강철은 상대적으로 밀도가 높아 시스템 질량을 줄이는 데 사용이 제한됩니다. 강철은 일부 합금이 균열되기 쉽고 전통적인 기술로 쉽게 형성될 수 있고 덜 복잡한 조립품에 자주 사용되기 때문에 적층 제조에 널리 사용되지 않습니다.
이 합금은 원래 극한 온도에서 기계적 특성(예: 크리프 저항, 인장 강도, 미세 구조 무결성)을 개선하기 위해 개발되었습니다. 이 합금은 가스 터빈, 로켓 엔진, 원자로 및 기타 고온 응용 분야의 금속 부품에서 가능성을 보여줍니다. 그러나 이러한 합금을 생산하기 위한 기존의 기계적 합금 공정은 매우 비효율적이고 시간이 많이 걸리며 비용이 많이 듭니다. 3D 프린팅은 이러한 합금을 달성하는 지름길을 열어줍니다.
NASA의 ODS-MEA 소재는 선택적 레이저 용융 L-PBF 금속 3D 프린팅 기술로 가공됩니다. 합금은 복잡한 형상으로 제작될 수 있으며 응력 균열 및 수지상 분리에 내성이 있습니다.
NASA의 프로세스는 1100도에서 크리프 파열 수명이 10배 개선되고 현재 3D 인쇄된 부품보다 30% 더 강한 구성 요소를 만드는 것으로 나타났습니다. 새로운 ODS-MEA 합금은 발전, 추진(로켓, 제트 엔진 등), 원자력 에너지 애플리케이션, 광산 및 시멘트를 포함하여 현재 ODS 합금이 사용되는 애플리케이션(예: 극한 열 환경과 관련된 애플리케이션)을 찾을 수 있습니다. 생산 산업 제조 장비, 가스터빈 부품(흡기 온도를 높이면 효율성이 증가함) 등.
코발트 기반 초합금, 구리 합금
높은 열전도율이 필요하지 않은 고온 응용 분야의 경우 코발트 기반 합금(CoCr 및 Stellite 포함)을 사용할 수 있습니다. 그러나 열전도율이 우선시되면 구리 합금이 우선시됩니다. 열전도율이 높기 때문에 당연히 열교환기에 적합합니다. 로켓 응용 분야의 경우 추력 챔버 어셈블리 내에서 가장 높은 열유속이 발생하므로 이 영역이 고압을 경험하는 영역입니다. 차례로, 이러한 환경에서 사용되는 구리 합금은 고강도 및 높은 열 전도성을 필요로 합니다(선택한 추진제와 재료 호환성 요구 사항을 충족함).
잘 정립된 일반적인 AM-AM 구리 합금에는 GRCop-42, GRCop-84, C18150(Cu-Cr-Zr), C18200(Cu-Cr) 및 GlidCop이 있습니다.
다른
적층 제조는 맞춤형 바이메탈 및 다중 금속 금속을 생성할 수 있습니다. 열 또는 구조적 특성을 최적화하기 위해 재료를 설계에 개별적으로 추가할 수 있습니다. 제품은 구조적 재킷, 플랜지, 보스 또는 기타 기능으로 제작되어 전체 하위 시스템의 무게를 최적화할 수 있습니다. 여기에는 이산 금속 전이 또는 기능 등급 재료(FGM)가 포함될 수 있습니다.
항공 우주 응용 분야에 사용할 수 있는 다른 금속 합금에는 니오븀, 탄탈륨, 몰리브덴, 레늄 및 텅스텐과 같은 내화 금속과 그 합금이 포함됩니다. 니오븀 기반 C-103는 복사 냉각 노즐, 공간 반응 제어 시스템 및 극초음속 날개의 앞쪽 가장자리와 같은 응용 분야에서 일반적입니다.
기타 니오븀 기반 합금(WC3009, C129Y, Cb752, FS{4}})은 항공기 열 보호 시스템 및 우주 원자로 노심 구조에 사용됩니다.
탄탈륨 기반 합금(Ta10W, Ta111, Ta122)은 일반적으로 부식성 고압 및 초고온 환경에서 사용됩니다.
몰리브덴 기반 내화물은 알칼리 금속 히트 파이프 및 핵 열 추진 연료 요소와 같은 초고온 응용 분야에 사용됩니다. 중질 합금은 적층 제조용으로 훨씬 덜 개발되었지만 자체 점화 연소기 및 단결정 터빈 블레이드에 잠재적으로 사용됩니다.