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镁合金的熔模铸造,轻型飞机座椅将3D打印推进生产

点击数:   录入时间:2017-10-17 【打印此页】 【关闭
2017-6-12 14:05| 发布者: | 查看: 101| 评论: 0|来自: 3D科学谷


摘要: 镁合金是工业应用中最轻的结构金属,密度是铝的三分之二,钢的四分之一,具有比强度、比刚度高,导热性、导电性好、阻尼减震、易于加工成型和容易回收的特点。同时,镁合金也存在着容易氧化燃烧、耐蚀性差、常温力学 ...

镁合金是工业应用中最轻的结构金属,密度是铝的三分之二,钢的四分之一,具有比强度、比刚度高,导热性、导电性好、阻尼减震、易于加工成型和容易回收的特点。同时,镁合金也存在着容易氧化燃烧、耐蚀性差、常温力学性能差、高温强度及蠕变性能低等缺点。

镁合金多用作结构件,镁合金的铸造水平成为其应用的关键。熔模铸件有着很高的尺寸精度和表面光洁度,有些铸件只需要打磨、抛光余量,不必机械加工即可使用。熔模铸造是很有应用前景的镁合金成形技术。

日前,欧特克位于 San Francisco的9号码头创新工厂就尝试通过3D打印熔模来铸造镁合金,从而实现飞机座椅的轻量化。这种座椅结构件适合任何标准的商用喷气式飞机,预计可以通过减重为航空公司节约数百万美元的成本。

晶格结构是通过欧特克的netfabb软件设计成的,欧特克的科学家发现,这种晶格结构通过金属打印的方式生产出来并不是当前最好的方法,他们结合了现代的3D打印PMMA精密铸造模具的制造方法与传统的铸造方法。虽然,金属3D打印在推动制造业跨越式发展,并能够生产非常复杂的产品,但目前材料选项仍然有限。目前增材制造支持的材料只有几十种,但铸造可以在成千上万种的金属和复合材料中进行选择。因此,该项目利用了3D打印的技术优势,而不完全依赖于3D打印技术。

利用3D打印和铸造,使两种方法相互补充来生产飞机座椅骨架。铸造提供了更实惠的方式生产座椅框架,不仅仅是单件成本更低,从生产效率看适合生产更大的数量。欧特克的9号码头创新工厂,配备了一系列的3D打印技术和数控机床,但9号码头并不具备铸造能力。为此,欧特克与Aristo Cast铸造公司合作了这个项目。

Aristo Cast铸造公司通过这个项目了解了更多关于先进的设计和优化技术,这些对于传统的铸造行业还是很新的。双方经过一系列的探讨,最终决定用镁合金来完成铸造过程。当然,根据3D科学谷的市场研究,镁合金的铸造过程并不容易,采用不同的型壳体系,或者浇注前对型壳的焙烧工艺不同,镁合金冷却的过程也不相同,得到的铸件组织也不同。并且还需要注意解决镁合金在熔炼和浇注过程中的氧化和燃烧问题。

基于镁合金零件的铸造是一个复杂的过程,双方将模型进行了谨慎的铸造仿真。通过Netfabb软件进行模型的修改,再通过铸造仿真确认其性能。更新后的三维模型,在3D打印完成后,被送到Aristo Cast,在3D打印的塑料外层涂覆了陶瓷涂层,随后塑料加热蒸发,陶瓷壳变硬了,最后将镁合金注入到型腔中,完成铸造过程。最终,飞机座椅骨架减重了56%,减重来自于创成式设计,以及轻量化镁合金材料。

最终,通过轻量化设计和3D打印已经将飞机座椅骨架实现了减重,而镁合金比铝轻35%,通过材料的选择,又进一步将座椅骨架减重。这对商业航空公司意味着什么?如果以100架A380飞机服役20年来计算,航空公司将节省2亿多美元的燃料费用。这好比8万辆汽车一年减少的126000吨的二氧化碳排放量。

当然,对于欧特克来说,这个项目的目的是为了展示软件的潜力。将软件与材料和加工工艺结合起来,展示创成式设计和增材制造技术的潜力。不仅仅在航空航天领域,这种组合也可用于汽车、医疗器械、工业设备和许多其他领域。