La demanda de components estructurals lleugers, d'alt rendiment i sofisticats en el sector aeroespacial creix diàriament a mesura que avança la tecnologia. Tot i que l'auge de la tecnologia d'impressió 3D ha aportat millores radicals al sector de la fabricació aeroespacial, les tècniques de fabricació convencionals de vegades tenen restriccions importants en aquests sectors. Entre ells, el progrés de la tecnologia d'impressió 3D aeroespacial ha estat molt facilitat per l'estudi i desenvolupament de pols metàl·liques millorades.
La impressió 3D, de vegades anomenada tecnologia de fabricació additiva, és una tècnica d'acumulació de material capa per capa per crear articles tridimensionals. La tecnologia d'impressió 3D compta amb un millor ús del material, cicles de fabricació més ràpids i més llibertat de disseny que la fabricació subtractiva convencional o les alternatives de fabricació de materials iguals. La tecnologia d'impressió 3D s'aplica àmpliament en camps aeroespacials, com ara la fabricació lleugera, l'optimització de components del motor, la fabricació de drons i la fabricació de components d'avions.
Particularment a la indústria aeroespacial, on hi ha necessitats bastant altes per al rendiment de la pols metàl·lica, la pols metàl·lica és una matèria primera crucial per a la tecnologia d'impressió 3D. Les pols metàl·liques d'alt grau requereixen propietats que inclouen una bona esfericitat, fluïdesa, una distribució adequada de la mida de partícules i una gran puresa. Aquestes propietats influeixen directament en la qualitat i el rendiment dels productes impresos en 3D, de manera que el desenvolupament de pols metàl·liques millorades s'ha convertit en un motor principal per millorar la tecnologia d'impressió 3D aeronàutica.
Dues tècniques de preparació que s'utilitzen sovint en l'estudi i desenvolupament de pols metàl·liques són el mètode d'atomització d'argó de fusió per inducció al buit (VIGA) i el mètode d'elèctrodes rotatius de plasma (PREP). El mètode PREP pot preparar pols metàl·liques amb alta esfericitat, superfície llisa, distribució estreta de la mida de partícules de pols i bona fluïdesa, que té avantatges únics en el camp de la impressió 3D; el mètode VIGA té un alt rendiment de pols fina però problemes amb la pols buida i la pols satèl·lit. El desenvolupament i l'actualització d'una nova generació de tecnologia i equips de pols d'atomització d'elèctrodes rotatius de plasma ajudarà a millorar el rendiment de pols fina i l'eficiència de producció, millorant per tant la qualitat de la pols PREP.
A més de millorar la tècnica de preparació, el rendiment de la pols metàl·lica està molt influenciat per la seva puresa. Per a usos particulars com l'aeroespacial, els consumidors tenen estàndards força exactes per a la puresa de la pols metàl·lica. El contingut d'oxigen de la pols d'aliatge de titani és de {{0}}.007% a 0.{013%; el contingut d'oxigen de la pols d'aliatge d'alta temperatura s'ha de regular entre el 0,006% i el 0,018%; i el contingut d'oxigen de la pols d'acer inoxidable és del 0,010% al 0,025%. Aquests rigorosos criteris de puresa garanteixen indicacions importants com la resistència mecànica dels articles impresos en 3D, la resistència a la corrosió i el rendiment a alta temperatura.
La impressió 3D aeroespacial també depèn molt de la distribució de la mida de partícules de la pols metàl·lica. diferents tècniques d'impressió 3D i mètodes de conformació exigeixen criteris de distribució de la mida de partícules de pols variats. Per a la impressió 3D de metall, el rang de mida de partícules de pols més utilitzat actualment és de 15 a 150 μ m. A causa del seu punt enfocat fi i la fusió simple de pols fina, les impressores que funcionen amb làser com a fonts d'energia són adequades per emprar pols que oscil·len entre 15 i 53 μ m; Les impressores que utilitzen feixos d'electrons com a fonts d'energia tenen punts de llum focalitzats una mica més gruixuts, de manera que són més adequades per fondre pols gruixudes i per utilitzar pols que oscil·len entre 53 i 105 μ m. La pols amb una mida de partícula de 105-150 μ m es pot utilitzar per a impressores d'alimentació de pols coaxial.
Un altre determinant crucial de la fluïdesa de la pols metàl·lica és la seva esfericitat. En termes generals, la fluïdesa de les partícules en pols és millor com més gran sigui la seva esfericitat. Per garantir una distribució i alimentació impecables de la pols durant la impressió, la impressió 3D de pols metàl·lica necessita una esfericitat superior al 98%. Les principals tècniques de preparació de pols metàl·liques impresos en 3D d'alta qualitat són les tècniques d'aerosolització i d'elèctrodes rotatius; així, la forma de pols produïda per aquests dos processos és essencialment esfèrica, satisfent els alts criteris de la impressió 3D.
A part d'avançar en la tecnologia d'impressió 3D d'avions, la investigació i el desenvolupament de noves pols metàl·liques donen suport a la innovació i desenvolupament tecnològic de la metal·lúrgia de pols. Utilitzant tècniques com el premsat i la sinterització de pols metàl·liques, la metal·lúrgia de pols és un mètode sofisticat de processament de materials que produeix diferents peces. La pulvimetal·lúrgia aeroespacial s'aplica àmpliament per produir construccions lleugeres i components de forma complexa. La tecnologia de la metal·lúrgia de pols s'ha desenvolupat i perfeccionat encara més amb l'arribada de la tecnologia d'impressió 3D, generant per tant una tecnologia de fabricació composta de "impressió 3D + metal·lúrgia de pols".
Una tècnica nova que combina tecnologies d'impressió 3D i metal·lúrgia de pols és la impressió per extrusió de pols (PEP). Primer barrejant constantment pols metàl·liques/ceràmiques amb aglutinants orgànics per fer pellets, aquesta tècnica després els modela mitjançant una impressora 3D, elimina els aglutinants dels blancs produïts i, finalment, els densifica mitjançant la sinterització per produir productes amb un rendiment constant i excel·lent. A part de la preparació sense motlles, la tecnologia PEP augmenta la capacitat de processament de components d'alta dificultat i alta complexitat, oferint així una solució de producció més eficaç i flexible per al sector aeroespacial.
https://www.china-3dprinting.com/metal-3d-printing/metal-3d-printing-optimizes-fluid-manifolds.html