Аргументы в пользу альтернативы AM: что старое, то снова новое

В 2018 году аэрокосмический гигант Lockheed Martin Corp. объявил в новостях, что завершил строительство топливного бака высокого давления диаметром 46 дюймов (1,16 м), состоящего из двух напечатанных на 3D-принтере куполообразных торцевых крышек, приваренных к традиционно изготовленной трубчатой ​​трубке. Сообщается, что решение напечатать купола сократило срок поставки с двух лет до трех месяцев.

Lockheed далеко не одинок. Launcher Inc. регулярно печатает баки, камеры сгорания и другие компоненты ракет, некоторые из запатентованных сплавов меди, хрома и циркония. SpaceX 3D печатает детали из таких же сложных материалов для своего двигателя Raptor, в то время как NASA, Rocket Lab, Orbex и Ursa Major используют аддитивное производство металлов (AM) для производства всего, от носовых обтекателей до сопел двигателя. В марте этого года компания Relativity Space превзошла их всех, отправив в космос первую ракету, полностью напечатанную на 3D-принтере.

Все они называют более низкие производственные затраты, уменьшение количества деталей и возможность быстрого выполнения итераций основными факторами, побудившими их принять решение внедрить AM. Когда Соединенные Штаты запустили свой первый космический челнок, этой технологии еще не существовало, и во время последней миссии она только становилась основной.

Похоже, что аэрокосмическая промышленность (среди прочих) сходит с ума по металлическому AM. И не зря. Благодаря минимальным инвестициям в оснастку и практически неограниченной свободе проектирования этот относительный новичок в обрабатывающей промышленности оказывается мощной и гибкой альтернативой традиционным процессам, таким как механическая обработка, литье и литье под давлением.

Но это не единственная производственная игра в городе. Отнюдь не. Фактически, я утверждаю, что если бы Lockheed Martin использовала другой, гораздо более зрелый процесс, компоненты имели бы лучшие металлургические свойства, чем полученные с помощью 3D-печати, а для окончательной сборки потребовалось бы на одно сварное соединение меньше. Несмотря на то, что при использовании этого альтернативного подхода потребовались бы некоторые затраты на оснастку и более длительное время разработки процесса, оба они были бы минимальными.

Что это за чудо-процесс? Некоторым это может быть известно как «прядение» — технология обработки металлов, использовавшаяся тысячи лет назад древними египтянами. В те времена металлический диск помещали на вращающуюся деревянную оправку и оказывали давление с помощью «лопатки» или другого тупого инструмента, постепенно заставляя заготовку принимать форму оправки. Результатом, по крайней мере в те далекие времена, были прочные, последовательно сформированные чаши, вазы и декоративные предметы.

Этот базовый процесс все еще используется, хотя, как и все остальное в производстве, современное прядение теперь выполняется на оборудовании с компьютерным управлением. И хотя во многих случаях до сих пор используются оправки, теперь они изготавливаются из стали и обрабатываются на токарном станке с ЧПУ. Также можно отказаться от оправки, вместо этого обрисовывая внутренние и внешние поверхности даже очень сложной геометрии с помощью ряда закаленных стальных роликов - мало чем отличаясь от использования пальцев и гончарного круга для формирования из комка глины красивой вазы.

В сочетании с точным применением тепла, электронным мониторингом усилий и передовым программным обеспечением CAM более точным термином для того, что сейчас является очень зрелой и весьма предсказуемой технологией металлообработки, будет просто следующее: формование потоком, также известное как прядение или центробежное формование.

Существует множество вкусов. Формирование потока конуса, формование сдвигом, формование сдвигом, формование потока трубы, формирование потока ковкой — вот некоторые из терминов, используемых для различения методов, используемых для «обтекания» диска из листового металла, пластины газовой резки или кованой заготовки. в цилиндрический, полый, обычно тонкостенный объект размером от дюйма или около того в диаметре до нескольких ярдов в каждом направлении, обладающий высокой точностью размеров, отличным качеством поверхности и прочными механическими свойствами.

Существует много методов и много названий, но сейчас мы объединим их всех под общим термином «усовершенствованная обработка металлов давлением». Это быстрый и бесстружный процесс, используемый для производства всевозможных трубок, конусов, гильз, цилиндров и многого другого (многие из которых закрыты с одного конца) из различных материалов, каждый из которых обладает описанными характеристиками, и доставляется быстро и быстро. экономически эффективно.