Üçüncü sanayi devriminin üretim alanındaki tipik temsilci teknolojisi olarak, 3D yazıcının gelişimi her zaman her kesimden geniş bir dikkat çekmiştir. Metal yüksek performanslı eklemeli üretim teknolojisi (metal 3D yazım teknolojisi), endüstri uzmanları tarafından 3D yazım alanında zor ve yüksek standartlı bir gelişim dalı olarak görülmekte ve endüstriyel üretimde merkezi bir rol oynamaktadır. Antarktik Ayı da metal 3D yazımın gelişimine dikkat etmektedir. Günümüzde dünya genelindeki endüstriyel üretim şirketleri, özellikle havacılık üretim şirketleri, metal eklemeli üretim teknolojisini araştırmakta ve geliştirmekte, teknolojik liderliklerini sağlamak için araştırma ve geliştirme çabalarını artırmak amacıyla büyük mali ve maddi kaynaklar harcamaktadır.
ABD'nin üretim geri dönüş stratejisi ve Alman Endüstri 4.0 arka planında, uluslararası ortam 3D yazımın büyümesi için vazgeçilmez bir besin sağlamaktadır. Amerika Birleşik Devletleri'nde yeni kurulan Ulusal Eklemeli Üretim Merkezi veya Britanya Teknoloji Strateji Komitesi olsun, havacılık eklemeli üretim teknolojisi için birincil uygulama alanıdır. Ekim 2012'de, Çin Bilim Akademisi eski başkanı ve Ulusal Halk Kongresi başkan yardımcısı Lu Yongxiang, Çin'in 3D teknolojisinin de öncelikle havacılık alanında uygulanacağını açıkça belirtmiştir.
Endüstrinin taçındaki parlak inci olarak, havacılık üretim alanı bir ülkenin tüm yüksek teknoloji teknolojilerini entegre eder ve ulusal stratejik planın uygulanabileceği ve siyasi durumun sergileneceği yedek garanti alanıdır. Yepyeni bir üretim teknolojisi olarak, metal 3D teknolojisi havacılık alanında belirgin uygulama avantajlarına ve hizmet faydalarına sahiptir. Bu, aşağıdaki yönlerde kendini göstermektedir:
(1) Yeni havacılık ekipmanlarının araştırma ve geliştirme döngüsünü kısaltmak
Havacılık teknolojisi, ulusal savunma gücünün bir sembolü ve ulusal siyasetin bir tezahürüdür. Dünyadaki ülkeler arasındaki rekabet son derece yoğundur. Bu nedenle, tüm ülkeler kendilerini ulusal savunma alanında yenilmez kılmak için daha yeni silahlar ve ekipmanlar geliştirmeye daha hızlı bir hızda çalışmak istemektedir. Metal 3D yazım teknolojisi, yüksek performanslı metal parçaların, özellikle yüksek performanslı büyük yapısal parçaların üretim sürecini büyük ölçüde kısaltmaktadır. Parçaların üretim sürecinde kullanılan kalıpların geliştirilmesine gerek kalmadan, ürün geliştirme ve üretim döngüsünü büyük ölçüde kısaltacaktır.
Ulusal Savunma Üniversitesi Askeri Lojistik ve Askeri Bilim ve Teknoloji Ekipmanları Bölümü profesörü Li Daguang, 1980'ler ve 1990'larda yeni nesil savaş uçaklarının geliştirilmesinin en az 10-20 yıl süreceğini belirtmiştir. 3D yazım teknolojisinin en belirgin avantajı, işleme veya herhangi bir kalıp gerektirmemesi, her şekle sahip parçaların doğrudan bilgisayar grafik verilerinden üretilmesidir. Bu nedenle, 3D yazım teknolojisi ve diğer bilgi teknolojileri kullanıldığında, en az üç yıl içinde yeni bir savaş uçağı geliştirilebilir. Teknolojinin yüksek esnekliği, yüksek performansı ve esnek üretim özellikleri ile karmaşık parçaların serbest hızlı prototiplemesi sayesinde, metal 3D yazım havacılık alanında parlayacak ve savunma ekipmanlarının üretimi için güçlü teknik destek sağlayacaktır.
Yurt içindeki büyük uçak C919 üzerindeki merkezi flanş parçası, havacılık alanında metal 3D yazım teknolojisinin tipik bir uygulamasıdır. Bu yapısal parça 3 metreden uzun olup, dünya genelinde metal 3D yazım ile üretilen en uzun havacılık yapısal parçasıdır. Geleneksel üretim yöntemi kullanıldığında, bu parçanın süper büyük tonajlı bir presle dövülmesi gerekmektedir, bu da hem zaman alıcı hem de iş gücü yoğun olmasının yanı sıra hammadde israfına da yol açmaktadır. Şu anda, Çin'de bu kadar büyük ölçekli yapısal parçaları üretebilecek bir ekipman yoktur.
Bu nedenle, uçağın gelişim sürecini ve güvenliğini sağlamak için bu parçayı yurtdışından sipariş etmemiz gerekmektedir ve siparişten montaja kadar olan yaşam döngüsü 2 yılı aşkın bir süreyi bulmaktadır, bu da uçak araştırma ve geliştirme sürecini ciddi şekilde engellemektedir. Metal 3D yazım teknolojisi ile basılan merkezi flanş şeridi, geliştirilmesi yaklaşık bir ay sürmüş ve yapısal dayanıklılığı dövme standartlarına ulaşmış veya hatta aşmıştır, bu da havacılık standartlarına tamamen uymaktadır. Metal 3D yazım teknolojisinin kullanımı, ülkemizin büyük uçağının geliştirilmesini büyük ölçüde kısaltmış ve geliştirme çalışmalarının sorunsuz bir şekilde ilerlemesini sağlamıştır.
(2) Malzeme kullanım oranını artırmak, pahalı stratejik malzemeleri tasarruf etmek ve üretim maliyetlerini azaltmak
Ve bu, metal 3D yazım teknolojisinin havacılık alanındaki uygulamalarının sadece bir mikrokozmosudur.
Havacılık üretim alanlarının çoğu, işlenmesi zor metal malzemeler olan titanyum alaşımları ve nikel bazlı süper alaşımlar gibi pahalı stratejik malzemeler kullanmaktadır. Geleneksel üretim yöntemlerinde malzeme kullanım oranı çok düşüktür, genellikle 10%'yi geçmez veya hatta sadece 2%-5% arasındadır. Malzemelerin büyük israfı, işleme prosedürlerinin karmaşık olduğu ve üretim süresinin uzun olduğu anlamına gelir. Eğer işlenmesi zor bir teknik parça ise, işleme döngüsü büyük ölçüde artacak ve üretim döngüsü önemli ölçüde uzayacak, bu da üretim maliyetlerinin artmasına neden olacaktır.
Metal 3D yazıcı teknolojisi, neredeyse net şekillendirme teknolojisi olarak, yalnızca küçük bir takip işleme ile kullanılabilir hale gelebilir ve malzeme kullanım oranı 60%'ye ulaşmış, bazen 90%'yi bile geçmiştir. Bu, yalnızca üretim maliyetlerini azaltmakla kalmaz, aynı zamanda hammadde tasarrufu sağlar ve ülke tarafından önerilen sürdürülebilir kalkınma stratejisine de uygundur.
.png.webp "Aerospace-_engine_(1).png.webp")
2014 yılında Çin Bilimler Akademisi tarafından düzenlenen bir sempozyumda, Beihang Üniversitesi'nden Profesör Wang Huaming, Çin'in artık C919 uçağı kokpitinin cam pencere çerçevesini yalnızca 55 günde basabileceğini söyledi. Wang Huaming ayrıca, bir Avrupa uçak üretim şirketinin aynı şeyi üretmelerinin en az 2 yıl süreceğini ve yalnızca kalıbı yapmak için 2 milyon ABD doları harcayacaklarını söyledi. Ancak, Çin'in 3D yazıcı teknolojisini kullanması, yalnızca üretim döngüsünü kısaltmakla kalmaz, verimliliği artırır, aynı zamanda hammadde tasarrufu sağlar ve bu da üretim maliyetlerini büyük ölçüde azaltır.
(3) Parçaların yapısını optimize etmek, ağırlığı azaltmak, gerilme konsantrasyonunu azaltmak ve hizmet ömrünü artırmak
Havacılık silahları ve ekipmanları için ağırlık azaltma, sonsuz bir temadır. Bu, uçuş ekipmanının uçuş sırasında esnekliğini artırmakla kalmaz, aynı zamanda yük kapasitesini artırır, yakıt tasarrufu sağlar ve uçuş maliyetini düşürür. Ancak, geleneksel üretim yöntemi, parçaların ağırlığını en üst düzeye çıkarmıştır ve fazladan kapasiteyi daha fazla kullanmak gerçekçi değildir.
Ancak, 3D teknolojisinin uygulanması karmaşık parçaların yapısını optimize edebilir. Performansın sağlanması koşuluyla, karmaşık yapı basit bir yapıya dönüştürülebilir ve yeniden tasarlanabilir, böylece ağırlık azaltılabilir. Ayrıca, parçaların yapısını optimize ederek, parçaların gerilimi en rasyonel dağılımda sunulabilir, bu da yorgunluk çatlakları riskini azaltarak hizmet ömrünü artırır. Makul ve karmaşık iç akış kanalı yapısı aracılığıyla sıcaklık kontrolü sağlanarak tasarım ve kullanım optimize edilir. DLP malzemeleri(liqcreate wax castable ve liqcreate premium model), veya farklı parçaların malzeme bileşimi ile rastgele serbest şekillendirilmesini sağlayarak kullanım standartlarını karşılamak.
Bir savaş uçağının iniş takımları, yüksek yük ve yüksek darbe taşıyan anahtar bir parçadır; bu da yüksek dayanıklılık ve yüksek darbe direncine sahip parçalar gerektirir. Amerikan F16 savaş uçağında 3D teknolojisi ile üretilen iniş takımları sadece kullanım standartlarını karşılamakla kalmaz, aynı zamanda orijinalinin ortalama ömrünün 2.5 katına sahiptir.
(4) Parçaların onarımı ve şekillendirilmesi
Metal 3D yazıcı teknolojisinin üretim ve imalatta kullanılmasının yanı sıra, metal yüksek performanslı parçaların onarımındaki uygulama değeri, imalatın kendisinden daha düşük değildir. Mevcut duruma göre, metal 3D yazıcı teknolojisinin onarım şekillendirmedeki potansiyeli, imalatın kendisinden daha yüksektir.
Yüksek performanslı entegre türbin blisk parçalarını örnek olarak alalım. Diskteki belirli bir kanat hasar gördüğünde, tüm türbin blisk hurdaya çıkacak ve doğrudan ekonomik kayıp bir milyondan fazla olacaktır. Geçmişle karşılaştırıldığında, bu tür bir kayıp onarılamaz ve yürek burkan olabilir, ancak 3D yazıcının katman katman üretim özelliklerine dayanarak, hasar gören kanadı özel bir alt tabaka olarak değerlendirmemiz yeterlidir ve hasarlı parçaya lazer üç boyutlu şekillendirme uygulandığında, parçanın şekli geri kazanılabilir ve performansı kullanım gereksinimlerini karşılar, hatta baz malzemeden daha yüksek olabilir. 3D yazıcı sürecinin kontrol edilebilirliği nedeniyle, onarımının olumsuz etkisi çok sınırlıdır.
Aslında, 3D yazıcı ile üretilen parçalar onarımı daha kolaydır ve daha iyi uyum sağlar. Diğer imalat teknolojileri ile karşılaştırıldığında, 3D onarım sürecinde, imalat süreci ile onarım parametreleri arasındaki boşluk nedeniyle, onarım alanının ve alt tabakanın doku, bileşim ve performans açısından tutarlılığını korumak zordur. Ancak, 3D şekillendirilmiş parçaların onarımında bu sorun yoktur. Onarım süreci, eklemeli imalat sürecinin bir devamı olarak değerlendirilebilir ve onarım alanı ile alt tabaka optimal bir uyum sağlayabilir. Bu, parça imalat sürecinde erdemli bir döngü gerçekleştirir, düşük maliyetli imalat + düşük maliyetli onarım = yüksek ekonomik fayda.
(5) Geleneksel imalat teknolojisi ile işbirliği ve birbirini tamamlama
Geleneksel imalat teknolojisi, büyük hacimli şekillendirilmiş ürünlerin üretimi için uygundur, oysa 3D yazıcı teknolojisi kişiselleştirilmiş veya rafine yapısal ürünlerin imalatı için daha uygundur. 3D yazıcı teknolojisi ile geleneksel imalat teknolojisinin birleştirilmesi, her birinin güçlü yönlerinden faydalanmasını sağlar, kendi avantajlarını tam olarak kullanır ve imalat teknolojisini daha güçlü hale getirir.
Örneğin, yüzeyde yüksek kaliteli performans gerektiren ancak merkezde ortalama performans gerektiren parçalar için, geleneksel imalat teknikleri merkezi şekilli parçaları üretmek için kullanılabilir ve ardından bu merkezi parçalara doğrudan yüzey parçaları oluşturmak için lazer stereo şekillendirme teknolojisi kullanılabilir. Bu şekilde, yüksek yüzey performansına ve genel merkez gereksinimlerine sahip parçalar üretilir, bu da sürecin karmaşıklığını azaltır ve üretim sürecini kısaltır. Bu tamamlayıcı kombinasyon, üretim ve parça imalatında önemli pratik uygulama değerine sahiptir.
Dahası, basit bir dış yapıya ancak karmaşık bir iç yapıya sahip bileşenler için, geleneksel imalat teknolojisi iç karmaşık yapıyı üretmek için kullanıldığında, süreç karmaşık ve sonraki işleme prosedürleri karmaşık hale gelir, bu da üretim maliyetlerini artırır ve üretim döngüsünü uzatır. Dışarıda geleneksel imalat teknolojisinin kullanılması ve içeride 3D yazıcı teknolojisinin kullanılması, net şekle doğrudan yakınlaşır, böylece yalnızca az sayıda takip işlemi ürün imalatını tamamlayabilir. Bu, üretim döngüsünü kısaltır, maliyetleri azaltır ve geleneksel teknoloji ile yeni teknolojinin mükemmel uyumunu sağlayarak karşılıklı etkileşim ve tamamlayıcılık elde eder.
3D yazıcı teknolojisinin birincil uygulama alanı olan havacılık ve uzay, belirgin teknik avantajlara sahiptir, ancak bu, metal 3D yazıcının her şeye kadir olduğu anlamına gelmez. Gerçek üretimde, teknik uygulamasında hala çözülmesi gereken birçok sorun vardır. Örneğin, şu anda 3D yazıcı kitlesel üretime uyum sağlayamaz, yüksek hassasiyet gereksinimlerini karşılayamaz ve yüksek verimli imalat gerçekleştiremez. Ayrıca, 3D yazıcının gelişimini kısıtlayan anahtar bir faktör, ekipmanının yüksek maliyetidir ve çoğu sivil alan bu kadar yüksek ekipman imalat maliyetlerini karşılayamaz. Ancak, malzeme teknolojisi, bilgisayar teknolojisi ve lazer teknolojisinin sürekli gelişimi ile imalat maliyetleri, üretim maliyetlerini karşılayacak şekilde sürekli olarak azalacaktır. O zaman, 3D yazıcı imalat alanında ışığını parlatacaktır.
