Какой вклад 3D-печать в аэрокосмическую промышленность?

Авиакосмическая отрасль – очень требовательная среда. . Для этого требуются безупречные элементы, способные выдерживать непрерывный износ, высокое давление и высокие температуры. постоянные инновации и продолжаются исследования, чтобы убедиться, что компоненты являются прочными, устойчивыми, но в то же время легкими. , чтобы повысить производительность самолета, упростить техническое обслуживание и повысить производительность труда сотрудников. Это незаменимое качество и надежность должны быть сбалансированы с расписанием и бронированием коммерческих рейсов, а также срочностью и необходимой круглосуточной готовностью военных самолетов. Если что-то пойдет не так в производственной и логистической цепочке , доступность, качество и даже безопасность коммерческих, а также военных рейсов могут быть скомпрометированы .

Эволюция аддитивных технологий в аэрокосмической отрасли

Именно здесь на сцену выходит аддитивное производство. На начальных этапах эволюции 3D-печати , это был чрезвычайно инновационный, но довольно ограниченный метод производства. 3D-принтеры были дорогостоящим вложением, они были медленными и слишком маленькими для крупномасштабного промышленного применения. Более того, рынок материалов был очень ограничен, особенно для материалов технического проектирования, и производители 3D-принтеров очень часто разрешали использовать в своих принтерах только свои собственные материалы (привязка к поставщику). Те времена в 3D-печати давно прошли.

В настоящее время аддитивное производство представляет собой полностью развитую отрасль с выдающейся гибкостью конструкции и совместимостью материалов и принтеров, специализированным программным обеспечением. что позволяет точно проектировать и реконструировать, широкий выбор передовых материалов для самых специализированных применений, крупномасштабных 3D-принтеров с большой площадью сборки и возможностью производить легкие детали, которые не имеют никаких недостатков по сравнению с их аналогами с ЧПУ.

Видео 1. Airbus использует решения AM в своей производственной линии. Источник:Airbus.

Авиакосмическая промышленность стремится к легким деталям, которые могут работать так же хорошо, как традиционные алюминиевые компоненты. . Снижение веса (облегчение) позволяет самолетам летать быстрее, дальше и с меньшим расходом топлива. Каждые 500 кг снижения веса означают снижение расхода топлива примерно на 1 %, что также означает снижение выбросов углекислого газа.

Вклад AM в аэрокосмическую промышленность

Любая инновационная идея в аэрокосмической отрасли должна пройти очень тщательный процесс оценки, чтобы проверить, соответствует ли новый материал или технология многочисленным и строгим правилам FAA по безопасности полетов и самолетов. независимо от того, является ли самолет коммерческим или военным. Компоненты многих устаревших самолетов изготовлены из материалов, которые впоследствии оказались токсичными и требуют замены, или из материалов, которые больше не производятся и требуют воссоздания.

Аддитивное производство компании предлагают широкий ассортимент нитей, сертифицированных FAA. благодаря их большой прочности на растяжение, химической и термической стойкости, но без вредных побочных эффектов . Примерами таких материалов могут быть нити из семейства PAEK, такие как Essentium PEI 9085 ULTEM. нить, Essentium PEEK или Эссенциум ПЕКК . Эти нити можно использовать для полетов. Нить ULTEM PEI использовалась для 3D-печати деталей систем освещения, электрических выключателей, корпусов и патронов для ламп.

Изображение 1. Трубопровод контроля окружающей среды, используемый в космической ракете-носителе. Напечатано нитью Essentium ULTEM 9085. Источник:Эссенциум.

Нить PEEK используется в аэрокосмической промышленности для замены алюминиевых деталей двигателей, подшипников, клапанов, а также световодов для изоляции и защиты оптических кабелей и электрических систем внутри самолета.

Гибкое и немедленное внутреннее обслуживание

Роль 3D-печати в аэрокосмической отрасли миновала стадию только прототипирования, хотя для этой цели все еще используется аддитивное производство. Учитывая масштабы и стоимость производства в аэрокосмической отрасли, традиционные способы создания прототипов с помощью литья под давлением и обработки на станках с ЧПУ требуют много времени и ресурсов. . 3D-печать прототипа самолета или его части значительно снижает затраты на изготовление и настройку прототипа, потери материалов и задержки, а также позволяет изготавливать гораздо более сложные конструкции, чем ЧПУ.

Изображение 2. Распечатанный на 3D-принтере прототип самолета. Источник:Эссенциум.

Помимо производства компонентов для спутников (антенн для космических аппаратов), беспилотных летательных аппаратов и беспилотных летательных аппаратов (лопасти ротора и детали двигателей), наиболее распространенными областями применения AM в аэрокосмической промышленности являются производство наземных деталей и некритических некритичных деталей. -несущие бортовые компоненты .

Поскольку самолеты являются довольно дорогим вложением, старые авиационные единицы часто служат намного дольше, чем должны. Аддитивное производство — идеальная технология для небольших техобслуживаний. . К ним относятся отсутствующие или поврежденные на 3D-принтере второстепенные компоненты внутренней части самолета. , такие как подстаканники, подносы, крышки унитазов, воздуховоды, приборные панели и т. д. Благодаря AM можно воссоздать элемент даже при отсутствии чертежей с помощью реверс-инжиниринга. - сканирование детали, обработка ее в программе для проектирования, а затем ее 3D-печать.

Изображение 3. Турбины, напечатанные в 3D. Источник:Эссенциум.

То же самое относится ко всем видам инструментов, приспособлений и приспособлений. . В этом отношении инновации с 3D-печатью гораздо проще внедрить, поскольку наземное вспомогательное оборудование не подвергается такой проверке. FAA как летные части. Даже если оригинальный инструмент больше не производится, его можно распечатать на 3D-принтере по чертежам или путем адаптации конструкции инструмента на основе винта или элементов, к которым он должен подходить. При традиционном субтрактивном производстве этот процесс потребует гораздо больше времени и материалов. Сделать инструменты, приспособления и приспособления легкими, но эффективными. , материалы, армированные углеродным волокном, стекловолокном или металлом может быть использован. В результате детали будут на 50 % легче алюминия, но с превосходной прочностью и термостойкостью. Некоторыми отличными филаментами для этой цели могут быть Essentium HTN CF25. нить, PA CF нити накаливания или ABS MG94 нить. Помимо прочности, стойкости и легкости, нити накала, предназначенные для аэрокосмической промышленности, должны иметь и другие характеристики:огнестойкость и защита от электростатических разрядов. . Производственный цех и зоны техобслуживания представляют собой помещения с повышенной температурой, наличием возможно взрывоопасных материалов и статическим электричеством, что представляет собой очень опасную комбинацию как для оборудования, так и для сотрудников. Essentium TPU 90A FR Нить обладает огнезащитными свойствами, что значительно снижает риск возгорания и его распространения. Это делает его идеальным для инструментов, приспособлений и приспособлений, используемых в ангаре или вокруг самолета.

Изображение 4. Деталь безопасности, изготовленная из Essentium TPU 58D-AS. Источник:Эссенциум.

Essentium TPU 58D-AS , с другой стороны, это нить, разработанная специально для аэрокосмической промышленности, для изготовления деталей, которые должны быть удалены перед полетом. (отсюда и красный цвет для привлечения внимания ). TPU 58D-AS снижает риск электростатического разряда, представляющего опасность для человека и электронных компонентов, которые, помимо прочего, крайне важны для правильного функционирования навигационных систем самолета.

Essentium 9085 ULTEM Essentium PEEK Essentium TPU 90A-FR Огнезащитный состав Essentium TPU 58D-AS

Преодоление логистических ограничений

Поддержание самолетов в безопасном и готовом к полету и миссии состоянии как в коммерческой, так и в военной аэрокосмической промышленности чрезвычайно важно, даже более важно, чем постоянные инновации. Аддитивное производство имеет так много применений в этих отраслях именно потому, что оно позволяет пассажирским перевозчикам, курьерским компаниям и армиям быть более независимыми и гибкими в обслуживании своих самолетов.

Пандемия Covid-19 изменил мир во многих отношениях. Авиакосмическая отрасль не стала исключением, так как многие цепочки поставок внезапно приостановились на непредвиденные периоды времени. . Это остановило производство, техническое обслуживание и доставку из-за зависимости от подрядчиков и компаний-поставщиков, что является следствием традиционной модели производства. Многие коммерческие авиакомпании понесли большие финансовые потери из-за отмены рейсов. , а это означало необходимость искать новые способы сокращения расходов. . Аддитивное производство может стать ответом на этот вопрос.

С традиционным производством , таких как ЧПУ, производство компонентов с защитой от электростатического разряда, коррозионно-стойких компонентов и высокотемпературных компонентов, скорее всего, потребует использования дорогих услуг. три разных подрядчика , разнообразное и долгое время ожидания (также в зависимости от поставщика подрядчика), а также сложная или невозможная доставка в случае военных самолетов, находящихся за границей.

Изображение 5. Пример итеративного производства. Источник:Эссенциум.

Другая проблема заключается в том, что одноразовые инструменты или запасные части ограниченного тиража широко распространены в аэрокосмической отрасли. Использование литья под давлением или станков с ЧПУ для изготовления уникального инструмента для одноразового использования повлекло бы за собой ненужные затраты и неоправданно долгое время ожидания. Все это можно решить с помощью 3D-печати, поскольку один 3D-принтер может использоваться на месте для производства всех этих деталей из различных передовых технических нитей. при гораздо меньших затратах и ​​с меньшим риском задержки. Этот способ производства также устраняет необходимость складирования. запасные части по всему миру для выполнения задач технического обслуживания, поскольку любую необходимую деталь можно распечатать на 3D-принтере в любом месте в любое время по запросу. Все эти небольшие улучшения приводят к общему упрощению и сокращению цепочки поставок и производства. в аэрокосмической отрасли, что, следовательно, снижает затраты и уравновешивает углеродный след, оставляемый самолетами. .

Примеры из жизни

Отличным примером применения технологий AM в реальном аэрокосмическом контексте является Axle Box. Компания. Они разработали платформу дронов для SkyFire. , для их лесного хозяйства и противопожарной защиты клиенты. Эти элементы должны были выдерживать условия крупномасштабной воздушной пожаротушения - огонь, вода и ветер. Детали были произведены по самой низкой цене. и с самыми быстрыми сроками выполнения по сравнению с конкуренцией. Средняя часть корпуса дрона была напечатана на 3D-принтере с помощью Essentium HTN CF25. нить и боковые крышки с PA CF нить. Оба материала показали превзойденные ожидания в летных испытаниях. , демонстрируя отличные механические свойства и высокую скорость.

Видео 2. Распечатанная на 3D-принтере деталь для посадочной платформы дрона от Axle Box. Источник:Эссенциум.

Очень распространенной неисправностью в самолетах является отказ гидравлики. , в основном из-за веса самолета и нагрузок, которые он испытывает во время полета. Раньше процесс устранения отказа гидравлической системы был очень трудоемким с точки зрения времени и рабочей силы, поскольку требовалось, чтобы несколько техников добрались до источника неисправности, а затем удерживали замену на месте во время ее установки. Эти гидравлические отказы случались так часто и обходились так дорого в ремонте, что крупный производитель аэрокосмической техники решил напечатать на 3D-принтере распорку, которая будет удерживать заменяемую деталь на месте, без необходимости в дополнительной рабочей силе для помощи в этом процессе. .

Внедрение аддитивного производства в аэрокосмическую промышленность стало новаторским достижением как для AM, так и для аэрокосмической промышленности. . Это был захватывающий и трансформирующий вызов для мира 3D-печати из-за ряда специальных материалов с улучшенными свойствами, которые требуются в аэрокосмической промышленности. А для аэрокосмической отрасли это стало важным шагом на пути к большей гибкости проектирования, снижению затрат и независимости от логистики благодаря впечатляющей скорости, масштабу и возможностям повторения, которые дает 3D-печать.