Аддитивное производство аэрокосмической керамики




Аддитивное производство аэрокосмической керамики

Сопло Aerospike дает множество преимуществ, включая снижение расхода топлива и эффективность в широком диапазоне высот. Сложные рисунки можно напечатать из цельной керамики.

По данным консалтинговой фирмы SmarTech, занимающейся производственными технологиями, аэрокосмическая промышленность является вторым по величине отраслевым сектором, обслуживаемым аддитивным производством (AM), после медицины . Тем не менее, по-прежнему отсутствует осведомленность о потенциале AM с керамическими материалами для быстрого изготовления аэрокосмических компонентов с повышенной гибкостью и экономической эффективностью. AM предлагает более быстрое и экологически безопасное производство более прочных и легких керамических деталей – сокращение затрат на рабочую силу, минимизацию ручной сборки и снижение веса самолета за счет разработанных моделей, которые повышают эффективность и производительность. Кроме того, керамическая технология AM позволяет контролировать размеры готовых деталей с размерами менее 100 мкм.

Однако слово керамика может вызвать неправильное представление о хрупкости. На самом деле керамика AM создает более легкие, детализированные компоненты, обладающие огромной структурной прочностью, ударной вязкостью и устойчивостью к широкому диапазону температур. Перспективные фирмы обращаются к керамике для изготовления компонентов, включая сопла и подруливающие устройства, электрические изоляторы и лопатки турбин.

Материалы

Например, оксиды алюминия высокой чистоты обладают высокой твердостью, а также высокой устойчивостью к коррозии и температурным диапазонам. Компоненты, изготовленные из оксида алюминия, также являются электрически изолирующими при высоких температурах, которые часто встречаются в аэрокосмических системах.

Керамика на основе диоксида циркония удовлетворяет требованиям многих областей применения с экстремальными требованиями к материалам в сочетании с высокими механическими нагрузками, например, для обработки высококачественного металла, клапанов и подшипников. Керамика из нитрида кремния демонстрирует высокую прочность, высокую ударную вязкость и отличную стойкость к тепловому удару, а также хорошую химическую стойкость к коррозии под действием многих кислот, щелочей и расплавленных металлов. Нитрид кремния используется в изоляторах, крыльчатках и высокотемпературных антеннах с низкой диэлектрической проницаемостью.

Композиционная керамика обеспечивает несколько желаемых качеств. Керамика на основе диоксида кремния с добавками оксида алюминия и циркония отлично зарекомендовала себя для изготовления монокристаллических отливок лопаток турбин. Это связано с тем, что керамические сердечники из этого материала имеют очень низкое тепловое расширение до 1500 ° C, высокую пористость, исключительное качество поверхности и хорошую выщелачиваемость. Печать этих сердечников позволяет изготавливать конструкции турбин, которые могут выдерживать более высокие рабочие температуры и повышать эффективность двигателя.

Керамика различной геометрии и материалов для аэрокосмического применения, в том числе керамические сердечники на основе диоксида кремния для литья по выплавляемым моделям лопаток турбин из жаропрочных сплавов, центробежные крыльчатки из диоксида циркония и сопла де Лаваля, изготовленные из нитрида кремния.

Преимущества керамики AM

Литье под давлением или механическая обработка керамики, как известно, сложны, а механическая обработка обеспечивает ограниченный доступ к производимому компоненту. Такие детали, как тонкие стенки, также трудно обрабатывать.

Однако технология производства керамики (LCM) на основе литографии, используемая в Lithoz, позволяет изготавливать точные трехмерные керамические компоненты сложной формы.

Начиная с модели САПР, подробные спецификации в цифровом виде передаются на 3D-принтер. Затем на прозрачную ванну наносят точно подобранный порошок с керамическими шнурами. Подвижная строительная платформа погружается в суспензию, а затем выборочно освещается видимым светом снизу. Изображение слоя создается с помощью цифрового микрозеркального устройства (DMD), соединенного с проекционной системой. Повторяя этот процесс, можно создать трехмерную зеленую часть слой за слоем. После термической постобработки связующее удаляется, а сырые детали спекаются – объединяются с помощью специального процесса нагрева – в результате получаются полностью плотные керамические компоненты с выдающимися механическими свойствами и качеством поверхности.

Технология LCM обеспечивает инновационный, экономичный и более быстрый процесс литья по выплавляемым моделям компонентов газотурбинного двигателя, минуя дорогостоящее и трудоемкое изготовление форм, необходимых для литья под давлением и литья по выплавляемым моделям.

LCM также может реализовывать конструкции, которые не могут быть изготовлены другим способом, при этом при этом используется гораздо меньше сырья, чем при использовании других методов.