Как аддитивное производство улучшает аэрокосмическую промышленность

С самых первых дней аддитивного производства поставщики оборудования и материалов для 3D-печати определили аэрокосмическую отрасль как важную цель для своей продукции. Самолеты, как очень сложные системы с разнообразным набором деталей, выиграют от передовых разработок в области производственных инструментов и материалов, особенно тех, которые могут уменьшить вес или увеличить прочность компонентов. Некоторые процессы 3D-печати заявляют, что делают и то, и другое.

К сожалению, это не означает, что аэрокосмическая промышленность внедрила аддитивное производство быстрее, чем другие отрасли. На самом деле, поскольку самолеты и их бесчисленное множество компонентов должны — по очевидным причинам — пройти самые строгие процедуры сертификации и испытаний, могут пройти годы или десятилетия, прежде чем 3D-печатный аэрокосмический компонент пройдет путь от концепции до реализации. Технологии есть, но знаний, полученных в результате многолетних испытаний и наблюдений, нет. Поэтому намного проще внедрить аддитивное производство в отраслях с низким уровнем риска, где на карту поставлено меньше человеческих жизней.

Но хотя внедрение 3D-печатных аэрокосмических продуктов может быть медленным, детали, которые добились успеха, уже оказывают большое влияние на отрасль. От простых вещей, таких как напечатанные на 3D-принтере внутренние стены кабины, до абсолютно важных деталей, таких как металлические компоненты двигателя, изготовленные методом аддитивного производства, аддитивное производство, несомненно, начинает набирать обороты в одной из самых прибыльных и быстроразвивающихся отраслей в мире.

В этой статье описываются лишь некоторые способы использования AM в аэрокосмической отрасли.

Уменьшение веса и оптимизация прочности

Аддитивное производство и субтрактивное производство во многом различаются, и выбор между 3D-печатью и традиционными альтернативами часто представляет собой дилемму. Однако одним из ключевых различий между этими двумя подходами является их способность формировать внутреннюю геометрию детали.

3D-печать невероятно полезна в таких отраслях, как аэрокосмическая, потому что она позволяет инженерам изготавливать компоненты с частично полыми внутренними частями, которые используют сложные геометрические узоры, чтобы максимизировать их внутреннюю прочность без увеличения веса. Поскольку 3D-принтеры строят детали «снизу вверх», их можно использовать для создания решетчатых структур внутри таких деталей, как металлические компоненты двигателя или пластиковые перегородки кабины. Это было бы невозможно сделать с помощью традиционных процессов, таких как литье (поскольку жидкий материал заполняет всю полость) или механическая обработка (поскольку режущий инструмент не может проникнуть внутрь, не проникнув внутрь).

Трудно переоценить важность этих решетчатых структур. При создании самолета каждый грамм веса является препятствием для максимальной эффективности, но 3D-печать позволяет значительно уменьшить массу компонента за счет его частично полой внутренней части с решетчатой ​​структурой. Переплетение жилистых нитей решетки может быть организовано математически оптимизированным образом, чтобы максимизировать прочность и снизить нагрузку, гарантируя, что легкая часть будет такой же прочной, если не прочнее, чем полностью твердая альтернатива. Что еще более важно, пространство между этими нитями невесомо, а это означает, что общая масса детали уменьшена.

Есть много примеров того, как аэрокосмические компании используют 3D-печать для создания легких деталей. В 2011 году исследователи из лаборатории HRL Laboratories, принадлежащей Boeing, объявили о разработке металла, который, по их мнению, является «самым легким материалом в мире», чья плотность всего 0,9 мг/куб. см делает его примерно в 100 раз легче пенопласта. «Хитрость заключается в том, чтобы изготовить решетку из соединенных между собой полых трубок с толщиной стенок 100 нанометров, что в 1000 раз тоньше человеческого волоса», — объяснил Тобиас Шедлер, один из исследователей.

По мере того, как исследователи продолжают изучать возможности легких решетчатых структур, напечатанных на 3D-принтере, аэрокосмические компании будут все больше и больше вовлекаться в аддитивное производство с целью облегчения веса и оптимизации прочности.

Прототипы и запчасти

Одним из самых больших преимуществ аддитивного производства — в любой отрасли — является его способность изготавливать детали по запросу и собственными силами. 3D-принтеры можно установить где угодно и они могут работать в значительной степени автономно, что означает, что время изготовления 3D-печатных деталей очень короткое. Благодаря этому аэрокосмические компании могут быстро изготавливать новые версии деталей для немедленного тестирования, что в конечном итоге сокращает процесс НИОКР и позволяет быстрее производить детали.

Таким образом, более быстрое прототипирование является одним из основных применений аддитивного производства в аэрокосмической отрасли, и результаты были доказаны:по данным гиганта аддитивного производства Stratasys, использование собственной 3D-печати для аэрокосмических прототипов может привести к экономии времени примерно на 43%. по сравнению с литьем под давлением и станками с ЧПУ и примерно на 75 % по сравнению с двумерной лазерной резкой.

Еще одна область, в которой авиационно-космическая промышленность может извлечь выгоду из аддитивного производства, — это обслуживание запасов. Средний коммерческий самолет состоит примерно из 4 миллионов компонентов, не все из которых производятся одними и теми же производителями. Это означает, что поставщики самолетов должны иметь огромный запас запасных частей на случай, если самолету потребуется ремонт. Покупка этих запчастей требует больших затрат, как и приобретение недвижимости для их хранения.

3D-принтеры могут стать невероятно полезным решением в этой области. Имея 3D-принтер на месте, аэрокосмические компании могут — вместо того, чтобы заполнять гигантские склады миллионами дорогих запчастей — просто хранить цифровую библиотеку запчастей в формате для печати, таком как STL. Таким образом, компании могут печатать детали в 3D только тогда, когда это необходимо. Эта тактика использования цифровых библиотек запасных частей постепенно внедряется во многих отраслях, и потребуются десятилетия, чтобы ее внедрить в больших масштабах, но аэрокосмическая промышленность может быть одной из самых больших выгод.

3ERP имеет многолетний опыт создания прототипов деталей для клиентов из аэрокосмической и других отраслей. Свяжитесь с нами, чтобы быстро рассчитать стоимость любого проекта.