وكما هو مذكور في تقرير ديلويت العالمي لصناعات الطيران والدفاع لعام 2019، فمع استمرار نمو صناعة الطيران والدفاع، سيستمر الطلب على الإنتاج أيضًا في النمو. وعند التصميم لتطبيقات الطيران والدفاع، يعد اختيار المواد أمرًا بالغ الأهمية. بالنسبة للمكونات الموجودة على الأرض، يعد تقليل عدد المكونات ووزنها أمرًا أساسيًا. في هذه المناطق، كل جرام من الوزن المفقود سيجلب فوائد عظيمة.
يتمتع التيتانيوم بنقطة انصهار عالية للغاية، تتجاوز 1600 درجة، وهو أيضًا مادة نموذجية يصعب تصنيعها، وهذا هو السبب الرئيسي وراء ارتفاع تكلفتها عن المعادن الأخرى. Ti6Al4V حاليًا هو مادة سبائك التيتانيوم الأكثر استخدامًا. إنها ليست خفيفة الوزن فحسب، بل تتمتع أيضًا بقوة عالية ومقاومة لدرجات الحرارة العالية. هذه الخصائص تجعلها تحظى بشعبية كبيرة في مجال الطيران. تشمل التطبيقات الشائعة الشفرات والأقراص والأغلفة والأجزاء الأخرى المستخدمة في قسم درجة الحرارة المنخفضة لمراوح المحرك والضواغط، مع نطاق درجة حرارة العمل 400-500 درجة؛ يستخدم أيضًا في تصنيع جسم الطائرة ومكونات الكبسولة الفضائية، وحالات محركات الصواريخ، ومحور دوار طائرات الهليكوبتر، وما إلى ذلك. ومع ذلك، على الرغم من ارتفاع درجة حرارته ومقاومته للتآكل، فإن التيتانيوم موصل رديء للكهرباء، مما يجعله خيارًا سيئًا للتطبيقات الكهربائية. تعتبر سبائك التيتانيوم أيضًا أكثر تكلفة مقارنة بالمعادن الخفيفة الأخرى مثل الألومنيوم.
إن استخدام تكنولوجيا التصنيع المضافة يساعد على تقليل تكاليف المعالجة وهدر المواد الخام، وله مزايا اقتصادية كبيرة. تعد السبائك القائمة على التيتانيوم أيضًا من أنظمة السبائك الأكثر منهجية ونضجًا لأبحاث التصنيع المضافة. تم تطبيق مكونات سبائك التيتانيوم المصنعة بشكل إضافي في مجال الطيران كهياكل حاملة. وفقًا للمسح المرجعي لتكنولوجيا الطباعة ثلاثية الأبعاد، بدأت شركة Aero Met بالولايات المتحدة في الإنتاج التجريبي لقطع اختبار الهيكل الثانوي للحمل من سبائك التيتانيوم على دفعات صغيرة لمفصل Boeing F/A-18E/F القائم على الحامل الطائرات المقاتلة/الهجومية في عام 2001، وأخذت زمام المبادرة في إنتاج سبائك التيتانيوم LMD في عام 2002. تطبيق الأجزاء الهيكلية الثانوية الحاملة على طائرات التحقق من F/A-18. اخترقت جامعة بكين للملاحة الجوية والفضائية التكنولوجيا الرئيسية لتصنيع إضافات الليزر لسبائك التيتانيوم. الخصائص الميكانيكية الشاملة للسبائك أعلى بكثير من تلك الخاصة بالمطروقات. استخدمت جامعة Northwestern Polytechnical تقنية تصنيع إضافات الليزر لتصنيع شرائح الحافة العلوية والسفلية لضلع الجناح المركزي لطائرة C919 لصالح شركة China Commercial Aircraft Corporation، بحجم 3000 مم × 350 مم × 450 مم وكتلة 196 كجم.
تصنيع إضافات الألومنيوم وصناعة الطيران
تتميز السبائك القائمة على الألومنيوم بكثافة منخفضة، وقوة محددة عالية، ومقاومة قوية للتآكل، وقابلية تشكيل جيدة، وخصائص فيزيائية وميكانيكية جيدة، وهي أكثر المواد الهيكلية المعدنية غير الحديدية استخدامًا في الصناعة. بالنسبة لتصنيع المواد المضافة بالليزر، فإن المواد المعتمدة على الألومنيوم هي مواد نموذجية صعبة المعالجة، والتي يتم تحديدها من خلال خصائصها الفيزيائية الخاصة (الكثافة المنخفضة، معدل امتصاص الليزر المنخفض، التوصيل الحراري العالي، والأكسدة السهلة، وما إلى ذلك). من منظور عملية تشكيل التصنيع الإضافي، تكون كثافة سبائك الألومنيوم صغيرة، وسيولة المسحوق ضعيفة نسبيًا، ويكون انتظام الوضع على طبقة مسحوق تشكيل SLM ضعيفًا أو تكون استمرارية نقل المسحوق في عملية LMD ضعيفة، لذلك ، دقة ودقة نظام نشر المسحوق / تغذية المسحوق في معدات تصنيع المواد المضافة بالليزر عالية.
سبائك الألومنيوم المستخدمة حاليًا في التصنيع الإضافي هي أساسًا سبائك Al-Si، ومن بينها AlSi10Mg وAlSi12 ذات السيولة الجيدة التي تمت دراستها على نطاق واسع. ومع ذلك، نظرًا للطبيعة المادية لسبائك الألومنيوم المصبوبة من سبائك Al Si، على الرغم من أنها تم إعدادها من خلال عملية تصنيع مضافة بالليزر محسنة، فمن الصعب أن تتجاوز قوة الشد 400MPa، مما يحد من أداء الخدمة في الفضاء الجوي والمجالات الأخرى. استخدم على الأعضاء ذات التحميل العالي.
من أجل الحصول على خصائص ميكانيكية أعلى، قامت العديد من الشركات والجامعات في الداخل والخارج بتسريع وتيرة البحث والتطوير في السنوات الأخيرة، وتم إطلاق عدد كبير من سبائك الألومنيوم عالية القوة المخصصة للتصنيع الإضافي في السوق. قامت شركة إيرباص بتطوير Scalmalloy، وهي أول مادة مسحوقة من سبائك الألومنيوم عالية القوة في العالم مخصصة للتصنيع الإضافي، استجابة لاحتياجات التصنيع الإضافي لأجزاء سبائك الألومنيوم للطيران. قوة الشد في درجة حرارة الغرفة هي 520MPa. لقد تم تطبيقه على التصنيع الإضافي للأجزاء الهيكلية لمقصورة الطائرة A320. تتجاوز قوة سبائك الألومنيوم 7A77.60L عالية القوة التي طورها مختبر أبحاث هيوز (HRL) في الولايات المتحدة 600 ميجاباسكال، لتصبح أول سبيكة ألومنيوم عالية القوة مكافئة يمكن استخدامها في التصنيع الإضافي. وقد بدأ مركز مارشال لرحلات الفضاء التابع لناسا في استخدام هذه المادة، حيث تُستخدم في إنتاج أجزاء الفضاء الجوي واسعة النطاق؛ أفاد مرجع تكنولوجيا الطباعة ثلاثية الأبعاد أيضًا أن سبائك الألومنيوم الخاصة عالية القوة للطباعة ثلاثية الأبعاد والتي تم تصميمها وتطويرها من قبل معهد البحوث الصناعية CRRC المحلي قد تجاوزت حد براءات الاختراع لشركة إيرباص. يتجاوز الثبات 560 ميجا باسكال، وهو أفضل بكثير من أداء الطباعة لمسحوق سبائك الألومنيوم Scalmalloy® من Airbus. يمكنها تلبية احتياجات الطباعة ثلاثية الأبعاد لأجزاء التصنيع المتطورة مثل معدات النقل بالسكك الحديدية المحلية والفضاء. تطبيقات تصنيع المواد.
