Аддитивное производство: двигатель инноваций и стоимостной эффективности в авиакосмической отрасли

Производство — вызов для авиакосмической отрасли. Детали невероятно сложны, но также должны быть структурно надежными и соответствовать самым высоким стандартам качества почти любой отрасли.

Для снижения затрат и преодоления традиционных производственных вызовов многие авиакосмические компании переходят от конвенциональных процессов к аддитивному производству для эффективного изготовления сложных деталей.

Безусловно, аддитивное производство трансформирует авиакосмическую отрасль. Рынок аддитивного производства в авиакосмике ожидает рост с CAGR 22,17% и достижение $6,75 млрд к 2026 году.

Конвенциональное против аддитивного производства в авиакосмике

Аддитивное производство — процесс, при котором материал добавляется к структуре трехмерного объекта слой за слоем на основе CAD-данных (цифровой 3D-модели). Оно также известно как 3D-печать.

Это отличается от традиционных процессов, или субтрактивного производства. При конвенциональном производстве материал помещается в форму для отверждения. Когда материал высыхает или остывает, его извлекают из формы и удаляют лишний материал для получения конечного продукта — отсюда термин «субтрактивное».

В конвенциональном процессе происходят следующие шаги:

• Проектирование для производства (DFM) для обеспечения производимости детали
• Вибрационный анализ
• Итерация
• Производство
• Тестирование
• Итерация

С аддитивным производством шагов меньше, процесс идет так:

• Проектирование
• Предварительная обработка для обеспечения печатаемости дизайна
• Итерация
• Производство

3D-печать в авиакосмике на основе моделей CATIA революционизирует отрасль, меняя способ изготовления деталей.

Вот шесть способов использования аддитивного производства в авиакосмических приложениях.

1. Создание деталей со сложными геометриями

От деталей вертолетов до турбинных двигателей — авиакосмические компоненты требуют высоко сложных геометрических структур в иногда очень тесных пространствах.

Вместо создания мелких сложных деталей отдельно и последующей сборки, инженер-конструктор может создать 3D-модели всей структуры с использованием CAD-данных для печати — включая внутренние компоненты. Затем 3D-принтер может создать единую бесшовную деталь со всеми сложными внутренними измерениями и геометриями, без необходимости сборки. Такой метод применим даже для аддитивного производства реактивных двигателей самолетов.

С аддитивным производством возможно создание сложных деталей с меньшим временем подготовки и энергозатратами из широкого спектра материалов, включая металлы и углеродное волокно.

2. Более эффективное прототипирование

Без необходимости проектировать формы и аутсорсить производство, авиакосмические инженеры могут проектировать и печатать прототипы за долю времени, необходимого традиционными методами. Способность быстрее создавать и тестировать прототипы позволяет авиакосмическим компаниям ускорять выход на рынок и опережать конкурентов.

В авиакосмике критически важно, чтобы деталь производилась по спецификациям. При конвенциональном производстве процесс спецификации уже налажен. Однако для аддитивного производства он еще не установлен, поэтому обеспечение соответствия изготовленной детали спецификациям не так очевидно.

Текущие вызовы аддитивного производства в авиакосмике:

• Соблюдение производственных стандартов путем создания последовательных деталей — каждая деталь должна быть идентичной предыдущей
• Печать в крупном масштабе, так как 3D-печать — более новая технология
• Для поставщиков авиакосмической отрасли — прохождение тестов и соблюдение стандартов соответствия, так как эти процессы не настроены для аддитивно изготовленных деталей

3. Стоимостно-эффективное производство

Аддитивное производство не только сокращает время создания прототипов, но и снижает затраты.

При конвенциональном производстве материальные отходы могут достигать 98% во многих авиакосмических приложениях. Остается много металлической стружки после вычитания, а создание правильной формы может быть длительным процессом.

Поскольку материал добавляется, а не вычитается, аддитивное производство может резко снизить материальные отходы, помогая производителям экономить на производственных затратах. Существуют начальные затраты на настройку аддитивных процессов. Однако долгосрочная экономия перевешивает предварительные расходы.

4. Повышение внутренней прочности деталей

Каждый раз, когда мелкие детали объединяются в более крупный объект, это снижает структурную целостность целого. С аддитивным производством инженеры-конструкторы могут создавать целые детали, включая полые центры и внутренние компоненты, без слабых уязвимых соединений.

Кроме того, аддитивное производство в авиакосмике отлично использует композитные материалы — область, где оно имеет четкое преимущество над конвенциональным производством.

При аддитивном производстве, когда вы кладете слои в направлении, откуда придет сила, это позволяет конечной детали быть исключительно прочной в этом направлении.

5. Создание легких компонентов

Топливо — одна из самых высоких статей затрат в авиакосмике. Лучший способ снизить расход топлива — создавать более легкие детали. К сожалению, при конвенциональном производстве почти невозможно создать более легкие детали без жертвы структурной целостности.

Аддитивное производство авиационных деталей без необходимости соединительных компонентов (болтов, винтов) позволяет снизить вес конструкции на 25%, повышая структурную целостность. Не только сокращается расход топлива, но и увеличивается общая прочность воздушного судна.

6. Снижение потребностей в хранении

Авиакосмическая отрасль имеет одну из самых долгих цепочек поставок. Чтобы иметь детали под рукой, многие компании накапливают большие объемы компонентов на складах — еще одна затрата и логистическая проблема.

Поскольку аддитивный процесс быстр и эффективен, производители могут изготавливать компоненты — включая кастомные — внутри компании за долю времени и стоимости по сравнению со стандартной цепочкой поставок. Это уменьшает необходимость хранить детали на складе или поддерживать обширные складские помещения.

Будущее аддитивного производства в авиакосмике

Со способностью создавать кастомизированные, легкие и структурно надежные детали быстро и эффективно, неудивительно, что многие бизнесы обращаются к аддитивному производству для авиакосмических приложений.

Когда речь идет о будущем аддитивного производства в авиакосмике, CAD-модели играют центральную роль. Учитывая доступные примеры и исследовательские перспективы, очевидно, что CAD-модели уже используются и ценятся авиакосмическими компаниями.

По мере перехода большего числа компаний от конвенционального к аддитивному производству, в долгосрочной перспективе будет больше фокуса на возможностях печати CAD-моделей.

С более чем 35-летним опытом 3D-моделирования в ряде отраслей, включая аддитивное производство в космической индустрии, Spatial создал превосходную предварительную обработку CAD-данных и обладает инструментами для построения ПО предобработки для печати точных, геометрически точных 3D-моделей авиакосмических деталей CATIA.

Наши эксперты помогут вам с печатью авиакосмических CATPart, чтобы вы могли насладиться всеми преимуществами аддитивного производства. Свяжитесь с нами сегодня и узнайте, как мы можем помочь вашему авиакосмическому бизнесу процветать.