Аддитивное производство с использованием композитов в аэрокосмической и оборонной промышленности

Композитная инженерия в ВВС США

Композитная инженерия - это область, которая с каждым годом применяется во все большем количестве отраслей. Желание работать в этой области привело меня в ВВС, в частности, в Advanced Composites Office. Это офис ВВС, но мы поддерживаем все организации Министерства обороны. Помимо проектирования, анализа, проектирования и ремонта композитных материалов, мы также проводим недельные курсы для организаций Министерства обороны и их сотрудников. Эти курсы включают учебную программу, охватывающую введение в инженерию композитов и более продвинутый курс подготовки технических специалистов. На этих курсах студенты из Министерства обороны США могут получить опыт проектирования и ремонта композитных материалов.

Промышленное распространение 3D-печати

За время работы в различных отраслях я видел бесчисленное количество историй об аддитивном решении задач прототипирования для предприятий, особенно для малых предприятий. В жизненном цикле производственного цикла малого бизнеса возможность создавать прототипы функциональных компонентов до того, как пройти шаги, необходимые для наращивания массового производства, имеет решающее значение для успеха.

С сегодняшним разнообразием материалов для печати - от металлов до композитов до термопластов, более полезных, чем просто PLA - 3D-печать позволяет инженерам проводить испытания на пригодность и функциональность, а также предоставляет среду для оцифровки, необходимую для экономического обоснования на ранних этапах разработки продукта. . Не обязательно добавка, которая полностью решает одну проблему, а 3D-печать в целом. Технология 3D-печати обогащает так много важных этапов процесса проектирования, что упрощает решение производственных проблем.

Я думаю, мы увидим рост аддитивного производства в инструментах:кронштейнах и петлях, креплениях и вспомогательных приспособлениях. В ближайшем будущем мы увидим 3D-печать, охватывающую пространство функциональных частей конечного использования. Все началось с PLA, который каждый может распечатать в своем гараже. Теперь, когда такие компании, как Markforged, могут печатать композиты и металлы, эти более прочные и полезные материалы открывают совершенно новые возможности для аддитивного производства.

Качество и прочность материалов, доступных для 3D-печати, меняют выбор экономики и технологий для всех типов бизнеса. Теперь, если это деталь с низкой производительностью, 3D-печать дешевле, чем запуск пресс-формы или изготовление деталей с ЧПУ из заготовки. Это действительно открывает двери целому ряду новых отраслей для внедрения 3D-печати. ​​

Почему ВВС переходят на добавки

Прямое применение 3D-печати в военно-воздушных силах и вооруженных силах также растет. Есть две ключевые области, которые имеют прямое отношение к использованию аддитивного производства в вооруженных силах.

1. Мелкосерийное производство: Для самолетов, над которыми мы работаем, мы не производим сотни тысяч деталей, как если бы вы производили детали. Применение в авиакосмической и военной промышленности в основном осуществляется небольшими партиями, и иногда эти детали могут быть произведены в полевых условиях в зависимости от доступной технологии аддитивного производства.

2. Распределенное производство: Сила добавки также заключается в ее распределенных свойствах. Когда 3D-принтеры можно дешево разместить на различных базах, если что-то сломается, вам не придется отправлять новую деталь со всего мира. При аддитивном производстве не нужно полагаться на один источник производства. Несколько принтеров в разных местах могут создавать детали.

Благодаря этим факторам, я считаю, что аддитивное производство играет гораздо более важную роль в военных и аэрокосмических приложениях.

Аддитивный инструмент для стареющего ремонта самолетов - ТОиР

Перед передовым отделом композитов стоит задача поиска решений в области проектирования, анализа, проектирования и ремонта композитов, в частности, через Центр управления жизненным циклом, который занимается ремонтом стареющих самолетов. Часто оригинальные инструменты для самолетов были уничтожены или потеряны, и мы можем использовать добавки, чтобы потенциально создать новые инструменты для этих самолетов, чтобы они продолжали летать.

Одна из моих основных целей - разработать аддитивный инструментарий, чтобы мы могли делать композиты для этих самолетов. При изготовлении деталей для стареющего самолета, на котором у нас больше нет инструментов или данных САПР, иногда мы создаем трехмерное сканирование существующей детали, а затем возвращаемся оттуда, чтобы создать модель, которую мы затем можем распечатать на 3D-принтере и использовать в качестве инструмент для этой части.

Аддитивное производство композитной оснастки

Когда дело доходит до офиса передовых композитов, нас интересовала 3D-печать с точки зрения композитов и то, как она может помочь в производственном процессе. В настоящее время многие компании используют 3D-печатные детали крупномасштабного моделирования методом наплавления (FDM) в качестве инструментов, но им приходится размещать детали машин после того, как они сняты с принтера, прежде чем готовить их для композитной лаборатории. Это означает, что они должны напечатать точный чертеж САПР или модель САПР на 3D-принтере, а затем поместить его на станок с ЧПУ, вернуть станок, а затем подготовиться к укладке композита со смесью герметиков, чтобы сделать его герметичным, и смазочными материалами для пресс-форм. Это шаг - перенос его на ЧПУ - который мы хотели бы исключить, потому что он лишает многих преимуществ инструментов аддитивного производства.

С моей точки зрения, многие преимущества инструментов для аддитивного производства заключаются в том, что вы быстро и легко получаете деталь, точно соответствующую вашему проекту САПР. Если вам нужно разместить на станке эту пресс-форму, прежде чем использовать ее для изготовления композитной детали, вы также можете использовать какую-нибудь инструментальную доску, которая будет намного дешевле и так же проста в обработке. Однако, если мы сможем исключить этап последующей обработки, вы сможете серьезно сэкономить время и силы. Если мы производим 3D-печатную деталь с вакуумно-плотной обработкой поверхности без последующей обработки, ручной шлифовки или чего-то еще, что может снизить точность геометрии, я могу увидеть мир, в котором аддитивное производство широко используется для композитной оснастки. Это действительно очень важная область, которая только на горизонте для 3D-печати.

Кредиты на изображения: Фотогалерея базы ВВС Хилл