AM-Additive Manufacturing menawarkan produksi kedirgantaraan volume tinggi dari komponen dengan kompleksitas tinggi yang tidak mungkin dilakukan dengan teknik manufaktur tradisional. Meskipun ada banyak contoh di perusahaan kedirgantaraan besar dan banyak perusahaan baru, pencetakan 3D fusi logam laser selektif L-PBF saat ini merupakan proses yang paling dominan, diikuti oleh DED (termasuk LW-DED dan LP-DED).
Paduan AM Umum untuk Aplikasi Luar Angkasa
Pilihan logam untuk kebutuhan manufaktur aditif kedirgantaraan telah diperluas untuk mencakup paduan aluminium, baja tahan karat, paduan titanium, paduan super berbasis nikel dan besi, paduan tembaga, dan paduan tahan api.
Akar dari beberapa paduan ini dapat ditelusuri kembali ke metode pemesinan tradisional dan terus digunakan dalam komponen ruang angkasa. Paduan baru dan yang sudah ada terus dikembangkan, sehingga daftar paduan saat ini tidak lengkap.
Selain itu, banyak paduan saat ini hanya mencapai tahap pengembangan dan mungkin tidak sepenuhnya memenuhi syarat untuk aplikasi luar angkasa menggunakan proses manufaktur aditif tertentu, di mana L-PBF, LP-DED, dan AW-DED adalah area yang paling banyak dipelajari.
Tergantung pada proses manufaktur aditif yang digunakan, bahan baku bervariasi dari bubuk pra-paduan (biasanya diproduksi oleh atomisasi gas), kawat, lembaran, atau batang padat. Sementara jumlah paduan yang tersedia terbatas dibandingkan dengan paduan tempa, masih banyak paduan kedirgantaraan suhu tinggi dan populer yang umum dan terkenal tersedia, dengan peringatan bahwa tingkat kematangan bervariasi.
Superalloy Berbasis Nikel
Superalloy berbasis nikel sangat populer di platform AM-Additive Manufacturing, dan Inconel 625 dan Inconel 718 digunakan di banyak aplikasi. Superalloy berbasis nikel dan besi dipilih karena sifat mekaniknya yang sangat baik pada suhu dan tekanan tinggi, dan sering digunakan di lingkungan yang keras (ketahanan korosi dan oksidasi).
Superalloy berbasis besi seperti A-286, JBK-75, dan NASA HR-1 umumnya digunakan dalam aplikasi hidrogen bertekanan tinggi seperti mesin roket untuk mengurangi risiko yang terkait dengan penggetasan lingkungan hidrogen (HEE). Selain itu, superalloy ini memiliki ketahanan mulur yang tinggi. Kombinasi sifat-sifat ini membantu meningkatkan efisiensi mesin pesawat modern secara signifikan.
Superalloy adalah logam kunci dalam pembuatan banyak komponen dalam mesin turbin gas bertekanan tinggi, termasuk ruang bakar, turbin, casing, cakram, dan bilah.
Aplikasi suhu tinggi dan rendah lainnya termasuk katup untuk mesin roket cair, mesin turbo, injektor, penyala, dan manifold. Saat ini, lebih dari 50 persen berat mesin pesawat canggih terdiri dari superalloy berbasis nikel.
Paduan titanium
Rasio kekuatan-terhadap-berat adalah metrik kunci lainnya, itulah sebabnya paduan titanium sangat berguna. Paduan titanium sangat terintegrasi ke dalam aplikasi luar angkasa - menawarkan ketahanan korosi yang sangat baik dan penggunaan suhu sedang - dan telah menjadi subjek yang sangat diminati dalam pembuatan aditif.
Secara khusus, Ti-6Al-4V adalah paduan umum untuk roda pendarat, rangka bantalan, mesin berputar, cakram dan bilah kompresor, tangki propelan kriogenik, dan banyak komponen ruang angkasa lainnya. Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo (Ti6242) digunakan pada bilah kompresor dan mesin berputar, sedangkan titanium aluminida ( -TiAl) secara aktif digunakan pada bilah turbin .
Paduan aluminium
Meskipun lebih lemah dari paduan titanium, paduan aluminium memiliki rasio kekuatan-terhadap-berat yang baik dan merupakan pilihan bahan kedirgantaraan yang umum (dan mapan). Menurut 3D Science Valley, paduan aluminium yang digunakan dalam produksi suku cadang yang diproduksi secara aditif termasuk seri 1xxx, 2xxx, 4xxx, 6xxx, dan 7xxx berdasarkan elemen paduan, banyak di antaranya diproduksi menggunakan proses manufaktur aditif solid state dan dapat digunakan dalam proses AFS-D dan UAM ke proses.
Paduan aluminium telah dikembangkan untuk mengurangi proses retak oleh proses pencetakan 3D bedak bedak logam cair-PBF dan proses peleburan logam deposisi energi yang diarahkan pada pencetakan 3D-DED, termasuk AlSi10Mg, F357, A205, 7A77, 6061-RAM2, Scalmalloy, dll Namun, paduan aluminium Ada juga sejumlah kelemahan karena kinerja suhu tinggi yang buruk, masalah perbaikan las, dan ketahanan tegangan yang buruk, retak korosi, dan tantangan lainnya.
Besi tahan karat
Dibandingkan dengan titanium atau superalloy, stainless steel memiliki rasio kekuatan-terhadap-berat yang baik, ketahanan suhu tinggi, dan biaya lebih rendah, sehingga banyak digunakan dalam komponen pesawat dan pesawat ruang angkasa. Stainless steel menunjukkan ketahanan korosi yang tinggi, ketahanan oksidasi, dan ketahanan aus di lingkungan yang tepat.
Baja tahan karat digunakan dalam mesin dan sistem pembuangan, komponen hidrolik, penukar panas, sistem roda pendarat, dan sambungan struktural. Baja juga digunakan dalam komponen dirgantara seperti engsel, pengencang, roda pendarat, dan komponen lain pada pesawat. Berbagai baja tahan karat dan baja khusus biasanya digunakan dengan AM, termasuk austenitik (yaitu 316L) dan pengerasan presipitasi (PH). Namun, terlepas dari kelebihan ini, baja relatif padat, sehingga penggunaannya terbatas pada pengurangan massa sistem. Baja tidak populer untuk pembuatan aditif karena beberapa paduan rentan terhadap retak, dan dapat dengan mudah dibentuk dengan teknik tradisional dan sering digunakan dalam rakitan yang tidak terlalu rumit.
Paduan ini awalnya dikembangkan untuk meningkatkan sifat mekanik (misalnya, ketahanan mulur, kekuatan tarik, integritas mikro) pada suhu ekstrim. Paduan menunjukkan janji dalam komponen logam untuk turbin gas, mesin roket, reaktor nuklir, dan aplikasi suhu tinggi lainnya. Namun, proses paduan mekanis tradisional untuk menghasilkan paduan tersebut sangat tidak efisien, memakan waktu, dan mahal, dan pencetakan 3D membuka jalan pintas untuk mencapai paduan tersebut.
Bahan ODS-MEA NASA diproses dengan teknologi pencetakan 3D logam L-PBF peleburan laser selektif. Paduan dapat dibuat menjadi geometri yang kompleks dan tahan terhadap retak tegangan dan segregasi dendritik.
Proses NASA telah terbukti membuat komponen dengan 10 kali peningkatan masa pakai creep pada 1100 derajat dan 30 persen lebih kuat daripada komponen cetak 3D saat ini. Paduan ODS-MEA baru dapat menemukan aplikasi di mana paduan ODS saat ini digunakan (misalnya, yang melibatkan lingkungan termal yang ekstrim), termasuk untuk pembangkit listrik, propulsi (roket, mesin jet, dll), aplikasi energi nuklir, dan pertambangan dan semen industri produksi peralatan manufaktur, komponen turbin gas (meningkatkan suhu udara masuk meningkatkan efisiensi), dan banyak lagi.
Superalloy berbasis kobalt, paduan tembaga
Untuk aplikasi suhu tinggi di mana konduktivitas termal tinggi tidak diperlukan, paduan berbasis kobalt (termasuk CoCr dan Stellite) dapat digunakan. Namun, ketika konduktivitas termal menjadi prioritas, paduan tembaga muncul ke permukaan. Konduktivitas termal yang tinggi secara alami cocok untuk penukar panas. Untuk aplikasi roket, fluks panas tertinggi terjadi di dalam rakitan ruang dorong, sehingga area ini adalah yang mengalami tekanan tinggi. Pada gilirannya, paduan tembaga yang digunakan di lingkungan ini membutuhkan kekuatan tinggi dan konduktivitas termal yang tinggi (sambil memenuhi persyaratan kompatibilitas material dengan propelan pilihan).
Paduan tembaga AM-AM yang umum digunakan termasuk GRCop-42, GRCop-84, C18150 (Cu-Cr-Zr), C18200 (Cu-Cr), dan GlidCop.
lainnya
Manufaktur aditif dapat membuat logam bimetalik dan multimetalik kustom. Bahan dapat ditambahkan secara terpisah ke desain untuk mengoptimalkan sifat termal atau struktural. Produk dapat dibuat dengan jaket struktural, flensa, bos, atau fitur lain untuk mengoptimalkan berat seluruh subsistem. Ini dapat mencakup transisi logam diskrit atau bahan bergradasi fungsional (FGM).
Paduan logam lain yang dapat digunakan dalam aplikasi luar angkasa termasuk logam tahan api seperti niobium, tantalum, molibdenum, renium, dan tungsten serta paduannya. C-103 berbasis niobium umum digunakan dalam aplikasi seperti nozel pendingin radiasi, sistem kontrol reaksi ruang, dan ujung depan sayap hipersonik.
Paduan berbasis niobium lainnya (WC3009, C129Y, Cb752, FS-85) digunakan dalam sistem proteksi termal pesawat terbang dan struktur teras reaktor ruang angkasa.
Paduan berbasis tantalum (Ta10W, Ta111, Ta122) biasanya digunakan dalam lingkungan bertekanan tinggi dan bersuhu sangat tinggi yang korosif.
Refraktori berbasis molibdenum digunakan dalam aplikasi suhu ultra-tinggi seperti pipa panas logam alkali dan elemen bahan bakar propulsi termal nuklir. Paduan berbasis berat jauh lebih sedikit dikembangkan untuk pembuatan aditif tetapi memiliki kegunaan potensial dalam ruang bakar yang dapat menyala sendiri dan bilah turbin kristal tunggal.