항공우주 기업들이 눈을 돌리고 있다 금속 3D 프린팅 부품전통적인 제조 방식에서는 여전히 피할 수 있는 지연, 높은 툴링 비용, 설계 타협을 강요하는 기하학적 한계가 발생하기 때문입니다. 적층 공정은 볼륨이 낮고 복잡한 부품의 리드 타임을 단축하고, 내부 채널 및 경량 구조에 대한 설계 자유를 복원하며, 적절한 후처리 및 인증을 통해 많은 2차 구조 요구 사항을 충족하는 기계적 성능을 제공합니다.- 티타늄 옵션과 함께 AlSi10Mg 및 Scalmalloy와 같은 알루미늄 합금은 이제 AS9100-수준 품질 시스템에서 실제 생산 사용을 지원하는 동시에 도금 및 표면 처리는 부식 및 내구성 요구 사항을 해결합니다. 다음 섹션에서는 기존 방법의 실제 문제, 적층 가공 부품의 강도와 신뢰성, 후처리 현실, 항공우주 프로그램 전반에 걸쳐 이러한 접근 방식의 수용 증가 등을 검토합니다.
전통적인 제조 방식은 여전히 피할 수 있는 마찰을 발생시킵니다.
리드 타임은 여전히 가장 눈에 띄는 문제점입니다. 단조 금형, 매몰-주조 금형, 복잡한 CNC 설비로 인해 금속이 절단되기까지 일반적으로 몇 주가 추가됩니다. 낮은-볼륨 실행으로 인해 설정 비용이 높아지고 재료 낭비가 발생합니다. 티타늄과 니켈 합금은 종종 10:1을 훨씬 넘는 구매-대-비율을 보여줍니다. 며칠이 소요되는 프로토타입은 여러 주가 걸리며, 수십 또는 낮은 수백 개의 생산 수량으로 인해 툴링 투자가 정당화되는 경우는 거의 없습니다.
형상은 더 조용한 두 번째 구속조건을 생성합니다. 깊은 내부 통로, 형상적응 냉각 및 격자 구조에는 여러 설정이 필요하거나 경제적으로 가공할 수 없습니다. 엔지니어는 부품을 단순화하거나 무게를 추가하거나 부품을 조립품으로 분할합니다. 이러한 절충안 중 어느 것도 현대 항공기 프로그램을 정의하는 경량화 및 부품 수 감소 목표와 일치하지 않습니다.{3}} 금속 3D 프린팅 항공우주 부품은 분말에서 직접 형상을 구축하여 이러한 한계를 상당 부분 제거합니다.
알루미늄 합금과 첨가제로의 전환
알루미늄은 여전히 많은 2차 구조와 비-핫-섹션 적용 분야에서 지배적입니다. AlSi10Mg과 Scalmalloy와 같은 고성능 합금의 분말{3}}층 융합은 이제 적절한 열처리 후 실제 구조적 사용을 지원하는 밀도가 높은 재료를 생산합니다.
가장 즉각적인 이점은 무게입니다. 내부 격자와 결합된 토폴로지 최적화는 일반적으로 강성 목표를 충족하면서 질량을 20~35% 감소시킵니다. 경험이 풍부한 팀 알루미늄 합금 3D 프린팅 제조업체또한 Scalmalloy의 추가적인 강도와 피로 성능이 더 경제적인 AlSi10Mg에 비해 더 높은 비용을 정당화하는지 결정할 수도 있습니다.
일반적인 열처리-특성(방향 및 공정에 따라 다름):
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재산 |
AlSi10Mg(LPBF) |
스칼말로이(LPBF) |
6061-T6(CNC) |
A356-T6 (캐스트) |
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밀도(g/cm3) |
~2.67 |
~2.68 |
2.70 |
2.67 |
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극한 인장 강도(MPa) |
330–450 |
490–540 |
290–310 |
260–290 |
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항복강도(MPa) |
230–330 |
450–500 |
240–275 |
185–205 |
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신장률(%) |
6–15 |
8–15 |
10–17 |
3–6 |
이 수치는 조기 선별에만 유용합니다. 최종 허용치는 항상 프로세스별 테스트 및 증인 쿠폰에서 나옵니다.-
티타늄 합금, 특히 Ti-6Al-4V는 고부하 또는 고온 응용 분야에 대해 유사한 논리를 따릅니다.. 3D 프린팅 티타늄 항공기 부품은 이미 강도, 내식성 및 설계 자유도의 조합이 더 높은 재료 비용보다 중요한 브래킷, 피팅 및 특정 구조 요소에서 사용되고 있습니다.
실제로 3D-프린팅 금속 부품은 얼마나 강력합니까?
"3D 프린팅된 금속이 가공된 금속만큼 강합니까?"라는 질문에는 단 하나의 답이 없습니다. 많은 정-하중 적용 분야에서 적절하게 가공된 LPBF 부품의 인장 강도 및 항복 강도는 유사한 주조 합금의 강도와 일치하거나 이를 초과합니다. 급속한 응고는 이러한 성능에 기여하는 미세한 미세 구조를 생성합니다. 단조 CNC 재료와의 비교는 더 가깝습니다. 정적 강도는 종종 경쟁력이 있는 반면, 피로 수명은 표면 상태, 잔류 다공성 및 제작 방향에 따라 크게 달라집니다.
실제로 열간 등압 성형, 응력 완화-또는 용체화 열처리, 중요한 표면 가공 등은 항공우주 허용 범위 내에서 많은 2차 구조 및 유체{1}}취급 구성요소를 가져옵니다. 1차 비행-중요 부품에는 여전히 전체 프로세스 검증이 필요하지만 기술 경로는 이제 5년 전보다 더 명확해졌습니다. 따라서 금속 3D 프린팅과 CNC 가공 항공우주 결정은 절대 강도보다는 형상 복잡성, 볼륨 및 총 리드 타임에 더 많은 영향을 미칩니다.
품질 시스템은 루프를 닫습니다. AS9100 또는 EN 9100에 따라 운영되는 공급업체는 분말 추적성,-공정 모니터링 및 각 배치에 대한 기계적 테스트 데이터를 유지합니다. 이 문서를 통해 OEM 및 Tier-1 공급업체는 적층 제조 부품을 통제된 공급망에 수용할 수 있습니다.
표면 보호 및 후처리 현실-
-파우더 베드 공정으로 만들어진 표면-은 가공된 표면보다 거칠며 잔류 응력이나 약간의 다공성을 유지할 수 있습니다. 따라서 금속 3D 프린팅 부품에 대한 후{3}}처리는-선택 사항이 아닙니다. 일반적인 순서에는 지지대 제거, 열처리, 피로 또는 압력 무결성이 중요한 HIP, 인터페이스의 선택적 CNC 가공 및 보호 코팅이 포함됩니다.
알루미늄 부품의 경우 내식성은 협상 대상이 아닙니다.- 수분,-제빙액 및 갈바니 커플에는 양극 처리, 전환 코팅 또는 특수 도금이 필요합니다. 이러한 단계를 나중에 추가하는 것이 아니라 처음부터 계획하면 치수 정확성과 장기-내구성이 제어됩니다.
대표 프로젝트: 복합 알루미늄 브라켓
상용 항공기용 2차 구조 브래킷을 생산하는 Tier{1}}2 공급업체는 내부 유체 통로와 격자 코어로 인해 무거운 가공 재고 또는 다중{3}}부품 조립이 필요한 문제에 직면했습니다. 기존 견적은 10주-~-주 범위에 도달했으며, 도구 비용은 제한된 수량에 따라 상각하기 어려웠습니다.
이 디자인은 적층 제조에 맞게 조정되었으며, AlSi10Mg로 인쇄되고, 열처리-되고, 중요한 인터페이스에서 마감 처리-되었습니다. 검사된 부품은 단 4주 만에 도착했습니다. 리드타임이 절반 이상 단축되었습니다. 토폴로지 최적화를 통한 질량 감소는 20% 중반에 도달했습니다. 툴링 제거를 통해 소규모 배치에 대해 단위 비용을 실행할 수 있게 되었습니다. 이제 동일한 디지털 파일이 향후 예비품을 위한 디지털 인벤토리 역할을 합니다.
이러한 유형의 결과는 제조업체가 이미 항공우주 문서 요구 사항과 후처리의 실제 한계를 이해하고 있는 경우 점점 더 흔해집니다.- 결과는 여전히 부품 크기, 분말 배치, 기계 활용도에 따라 달라지므로 초기 공정 검토가 여전히 중요합니다.
업계의 수용 증가
항공우주 OEM, 규제 기관 및 산업 그룹은 적층 제조에 대한 인증 프레임워크를 꾸준히 확장해 왔습니다. 특히 금속 적층 공정을 다루는 AS9100 또는 EN 9100 인증을 보유한 공급업체가 점점 늘어나고 있습니다. 연료 노즐, 브래킷, 열 교환기 및 선택된 구조 부속품이 이미 사용 중입니다. 보다 명확한 인증 경로와 결합된 이러한 운영 이력은 금속 3D 프린팅 부품을 평가하는 새로운 프로그램에 대한 장벽을 계속 낮추고 있습니다.
FAQ
Q: 금속 3D 프린팅이 항공기 부품에 충분히 강한가요?
답변: 프로세스가 올바르게 제어되고 후처리되면 많은 2차 구조와-중요하지 않은 구성요소가 이미 필수 정적 및 피로 허용치를 충족합니다.{1}} 1차 비행-중요 애플리케이션에는 여전히 전체 프로세스 인증 및 재료 허용 가능 개발이 필요하지만 경로가 확립되고 확장됩니다.
Q: 항공우주 적층 제조에 가장 많이 사용되는 금속은 무엇입니까?
A: 알루미늄 합금(AlSi10Mg 및 Scalmalloy), 티타늄 Ti-6Al-4V, Inconel 718과 같은 니켈 합금, 스테인리스강, 코발트 크롬이 현재 작업의 대부분을 다루고 있습니다. 온도, 강도, 무게 및 부식 요구 사항이 최종 선택을 결정합니다.
Q: CNC 가공에 비해 얼마나 리드타임을 절약할 수 있나요?
답변: 프로토타입 및 소량{0}}생산에서는 도구가 사라지고 복잡한 기능을 한 번의 빌드로 생산할 수 있기 때문에 50% 이상 감소하는 경우가 많습니다. 실제 절감액은 부품 크기, 재료, 현재 작업장 적재량, 필요한 후처리량에 따라 달라집니다.-
질문: 3D-프린팅된 금속 부품이 항공-중요 인증을 받을 수 있나요?
A: 프로세스와 애플리케이션이 적격하다면 가능합니다. 인증은 애플리케이션-과 프로세스-에 따라 달라집니다. 이미 AS9100을 운영하고 있으며 항공우주 고객에게 공급하는 제조업체는 일반적으로 필요한 프로세스 제어, 테스트 및 문서화 패키지를 생성하는 데 가장 적합한 위치에 있습니다.
리드 타임, 툴링 비용 또는 기하학적 한계로 인해 현재 프로그램이 제한되는 경우 적층 기능에 대해 후보 부품을 집중적으로 검토하는 것이 기회를 정량화하는 가장 빠른 방법인 경우가 많습니다. 에이금속 3D 프린팅 제조업체경량 항공우주 부품에 대한 경험과 전체 항공우주 문서가 있으면 일반적으로 모델과 요구사항을 받은 후 며칠 이내에 명확한 리드타임, 비용, 자격 평가를 얻을 수 있습니다.{0}}