Dado que el sector aeronáutico es un sector intensivo en alta tecnología, el rendimiento de los componentes metálicos determina en gran medida el rendimiento de sus equipos premium. A medida que se desarrollan nuevos motores de aviación, grandes aviones, vehículos de lanzamiento de nueva generación y otros productos aeroespaciales, así como nuevos materiales, las necesidades de la tecnología de fabricación también están cambiando. En este sentido, la impresión 3D de metales, en particular la impresión 3D de aleaciones de aluminio, ha transformado fundamentalmente el sector aeroespacial.
1 Aplicaciones de la aleación de aluminio en el sector aeroespacial: antecedentes
Debido a su gran resistencia específica (es decir, alta relación resistencia-peso), excelentes cualidades térmicas (es decir, baja absorción de calor) y resistencia a la corrosión, las aleaciones de aluminio se han aplicado ampliamente en el sector aeroespacial. Con una gran dificultad técnica, amplios márgenes de procesamiento de materiales, bajas tasas de utilización, largos ciclos de producción y altos costos, los procedimientos de fabricación tradicionales incluyen fundición, forja, soldadura y procesamiento mecánico que pueden requerir equipos pesados y moldes enormes. Basándose en datos de modelos 3D, la tecnología de impresión 3D de metal apila materiales capa por capa dependiendo del láser, haz de electrones o arco como fuentes de calor, completando rápidamente la formación directa casi neta de componentes metálicos complejos masivos de alto rendimiento. Se trata de una tecnología de fabricación ecológica y con bajas emisiones de carbono.
2 Características principales de la aleación de aluminio impresa en 3D
La aleación de aluminio es un material perfecto para lograr un peso ligero en el sector aeroespacial, ya que su densidad es aproximadamente un tercio que la del acero y la mitad que la del titanio. El diseño de los componentes se puede mejorar aún más para ahorrar peso y al mismo tiempo preservar la resistencia mediante tecnologías de impresión 3D.
Resistencia y tenacidad altas: la resistencia de la aleación de aluminio es suficiente para satisfacer los criterios de resistencia del material en el sector aeroespacial, aunque su relación resistencia-peso es menor que la del titanio. Mediante tratamiento térmico, por ejemplo, las aleaciones de aluminio de alto rendimiento como Al6061 y Al7075 pueden alcanzar una resistencia realmente alta.
Importantes para usos que incluyen intercambiadores de calor y componentes de motores en el sector aeroespacial, las aleaciones de aluminio tienen una gran conductividad térmica y resistencia a la corrosión. Al producir piezas con formas geométricas intrincadas (paredes delgadas y resistentes, por ejemplo), la tecnología de impresión-3D ayuda a maximizar aún más el rendimiento térmico y la resistencia a la corrosión.
La tecnología de impresión 3D brinda a los ingenieros una gran libertad de diseño para crear piezas de aluminio con geometrías intrincadas (incluidas celosías y canales internos) para maximizar el rendimiento y el peso de las piezas de fabricación. Con los procesos de fabricación convencionales, alcanzar este nivel de libertad de diseño es un desafío.
La tecnología de impresión 3D de metal puede acelerar el tiempo de rotación del desarrollo de piezas mediante una iteración rápida y flexibilidad de producción. Mediante el desarrollo iterativo, las pruebas y la modificación del diseño, puede responder rápidamente a las necesidades del mercado, realizar una producción única o en lotes pequeños y lograr una personalización masiva.
3 Uso particular de aleación de aluminio para impresión 3D en metal en el sector aeroespacial
Construcción de aviones: las aplicaciones de la tecnología de impresión 3D de aleación de aluminio incluyen fuselaje de avión, componentes estructurales grandes, componentes estructurales de carga, etc. Se pueden producir formas geométricas complejas, como trenes de aterrizaje de aviones, componentes de motores, etc., utilizando tecnología de impresión 3D. , reduciendo así el peso de los aviones y aumentando la economía de combustible.
Fabricación de satélites: la tecnología de impresión 3D de aleación de aluminio se aplica en la fabricación de satélites para crear soportes de aleación de titanio y aluminio, sistemas de propulsión de hidracina, pistones para sistemas de propulsión de satélites, y estos componentes deben poseer gran resistencia, resistencia a la corrosión y peso ligero, la tecnología de impresión 3D puede satisfacer adecuadamente estas necesidades.
Los componentes del extremo caliente de los motores de cohetes, como las cámaras de combustión y los álabes de las turbinas, deben resistir entornos severos de alta temperatura y presión. Canales de enfriamiento complejos, eficiencia térmica mejorada y vida útil extendida son solo algunas de las características posibles gracias a la tecnología de impresión 3D de aleación de aluminio para la fabricación.
Aleación de aluminio para impresión 3D de 4 metales: perspectivas y desafíos
La tecnología de impresión 3D de aleación de aluminio todavía tiene importantes dificultades, incluso si presenta amplias posibilidades de uso en la industria aeroespacial. Las aleaciones de aluminio, por ejemplo, tienen una gran reactividad, lo que las hace propensas a romperse y fallar durante la impresión 3D. Además, la resistencia de la aleación de aluminio no alcanza el nivel de la aleación de titanio y la aleación a base de níquel. Aún así, estos problemas se están resolviendo progresivamente a medida que surgen nuevas aleaciones de aluminio y el desarrollo tecnológico continuo.
AlSi10Mg, AlSi12, Al6061 y Al7075 se encuentran entre las pocas aleaciones de aluminio premium creadas recientemente especialmente para la fabricación aditiva. La excelente resistencia mecánica, térmica y a la corrosión de estas aleaciones de aluminio las califica para varias aplicaciones aeronáuticas. Simultáneamente con esta mejora y refinamiento continuos de las tecnologías de impresión 3D de metal, como la fusión de lecho de polvo por láser (SLM, DMLS), la fusión por haz de electrones (EBM) y las tecnologías de pulverización de adhesivos, que aumentan la precisión y eficiencia de la impresión 3D de aleaciones de aluminio, es su constante evolución.
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