1. Propietats i restriccions dels materials
Tot i que els aliatges d'alumini són força populars, però presenten moltes dificultats en el procés d'impressió 3D, els materials que s'utilitzen habitualment en la impressió 3D de metalls són els aliatges de titani, els aliatges d'alta temperatura i els aliatges de coure. La baixa absorció làser de l'aliatge d'alumini i la gran conductivitat tèrmica provoquen una pèrdua d'energia notable i una baixa eficiència de conformació. A més, propensos a la deformació i l'acumulació d'estrès durant la deposició làser són els aliatges d'alumini; per tant, s'han de realitzar passos preventius addicionals per aturar l'esquerda de la part.
Difícil d'eliminar i influeix en la qualitat dels components, l'aliatge d'alumini també és propens a reaccionar amb l'oxigen durant la deposició directa làser per formar un alt punt de fusió Al ₂ O ∙. Els elements d'aliatge de baix punt d'ebullició (com Zn i Si) en aliatges d'alumini són propensos a cremar-se durant la deposició làser, la qual cosa altera la composició de l'aliatge i, per tant, influeix en la microestructura i les característiques dels components. Els límits d'aquestes qualitats materials restringeixen l'ús d'aliatges d'alumini en la impressió 3D de peces de naus espacials.
2. Inconvenients de les metodologies de fabricació
A més, amb la impressió 3D de metall en si mateix, hi ha algunes restriccions en el procés de fabricació. Una de les tecnologies d'impressió 3D metàl·liques més utilitzades, per exemple, la tecnologia Laser Powder Bed Melting (L-PBF) té una eficiència de producció força baixa, especialment en operacions de postprocessament que impliquen peces geomètriques complicades. Durant el mecanitzat CNC, com més difícil és identificar i subjectar, més complicada és la forma geomètrica de la peça, augmentant per tant els costos de fabricació i el temps implicat.
A més, durant el procés d'impressió 3D de metall es produeixen fum i esquitxades, que poden influir en la reutilització de la pols i augmentar les despeses de producció. El rendiment i la qualitat dels productes acabats estan molt influenciats per les accions de postprocessament, com ara l'eliminació de partícules, el tractament tèrmic, el mecanitzat i el polit de superfícies. Particularment per als components estructurals complexos creats per la fusió del llit de pols, les tècniques d'eliminació del suport del procés són poques i les alicates s'utilitzen habitualment per a l'eliminació, la qual cosa augmenta el perill de deformació i danys a les peces i complica la garantia de consistència de qualitat.
3. Pautes i dificultats per al rendiment físic
La baixa densitat, el gran mòdul elàstic, la força forta i la gran tenacitat defineixen estàndards de rendiment físic molt elevats per als components de la nau espacial. Aquests criteris restringeixen l'elecció del material d'impressió 3D metàl·lica i l'enfocament del disseny. Per exemple, tot i que l'aliatge d'alumini té una densitat baixa, les restriccions físiques durant el seu procés d'impressió 3D fan que sigui difícil satisfer els criteris d'alta resistència i gran tenacitat.
A més, el funcionament a llarg termini dels components de la nau espacial en òrbita requereix condicions ambientals robustes, com ara alta temperatura, baixa temperatura, buit i radiació. Aquests elements ambientals imposen expectatives bastant altes sobre l'estabilitat del material. Els canvis en la microestructura i la composició de fase del material poden resultar de la impressió en 3D metàl·lica i, per tant, influeixen en la seva estabilitat i fiabilitat a llarg termini.
4. Preocupacions de certificació tècnica i grau de maduresa
Tot i que la tecnologia d'impressió 3D metàl·lica té àmplies possibilitats d'ús en el disseny de components de naus espacials, encara s'ha de millorar el seu desenvolupament tecnològic. La manca de certificació fa que molts aliatges de fabricació additiva siguin un repte per al sector aeroespacial. El procediment de certificació presenta reptes per a l'avenç i l'ús de noves tecnologies, ja que requereix temps i moltes dades experimentals per donar suport.
Al mateix temps, l'elecció de la tècnica d'impressió 3D de metall és una tasca difícil. S'han de tenir en compte els elements de disseny, les entrades del procés, les restriccions del procés, les preocupacions metal·lúrgiques i geomètriques, entre altres factors. Aquests elements interactuen per complicar i desafiar l'elecció del procés.
5. Orientació del desenvolupament futur
Tot i que la impressió 3D metàl·lica té diverses limitacions físiques, les seves possibilitats d'aplicació en el disseny de components de naus espacials encara són bastant àmplies. El següent podria formar part de la direcció futura del desenvolupament:
Desenvolupament de materials nous: creeu materials nous més adequats per a la impressió 3D, inclosos aliatges de titani, aliatges d'alta temperatura i aliatges d'alumini d'alt rendiment. Les excel·lents qualitats físiques i de processament d'aquests nous materials haurien d'ajudar a satisfer les necessitats rigoroses dels components de les naus espacials.
Millora del procés: la millora de les tècniques d'impressió 3D actuals ajudarà a augmentar la qualitat dels components i l'eficiència de fabricació. Per exemple, l'eficiència de conformació i el rendiment de les peces es poden augmentar maximitzant els paràmetres làser, les propietats de la pols i les tècniques de postprocessament.
La certificació tècnica consisteix en establir un sistema i estàndards de certificació complets, per reforçar els esforços de certificació de la tecnologia d'impressió 3D de metall. Això donarà suport a la implementació i difusió de noves tecnologies al sector aeroespacial.
Reforçar la cooperació multidisciplinària en dominis com la ciència dels materials, l'enginyeria mecànica i la informàtica per abordar de manera col·laborativa les limitacions físiques i els obstacles tecnològics de la impressió 3D de metall en el disseny de components de naus espacials.
https://www.china-3dprinting.com/metal-3d-printing/metal-3d-printed-racing-parts.html