Революция в интерьере аэрокосмической отрасли:как 3D-печать снижает вес, скорость и стоимость

С момента своего создания аэрокосмическая отрасль всеми возможными способами пытается снизить вес самолетов. 3D-печать — относительно новый метод достижения такой цели. Детали, напечатанные на 3D-принтере, почти всегда производятся быстрее, легче и дешевле, чем их аналоги, изготовленные традиционным способом. Это привело к массовому внедрению 3D-печатных деталей в салонах самолетов, а также во всех других аспектах самолетов. Не только самолеты, но и ракеты нашли применение для 3D-печати:ракетные двигатели и сопла 3D-печати как SpaceX, так и NASA.

В этой статье будут обсуждаться 3D-печать компонентов интерьера аэрокосмической отрасли, ее назначение, принцип работы, преимущества и недостатки, а также примеры 3D-печати компонентов интерьера аэрокосмической отрасли.

Какова цель 3D-печати компонентов интерьера аэрокосмической отрасли?

Есть много причин, по которым 3D-печать пользуется большим спросом в аэрокосмической отрасли. Целью 3D-печати внутренних компонентов самолета является снижение веса (что экономит расход топлива), сокращение отходов материалов и обеспечение быстрого производства малых и средних партий компонентов. Кроме того, 3D-печать снижает потребность в складировании, поскольку файлы САПР можно сохранять в базе данных и распечатывать по мере необходимости. Это также позволяет изготавливать компоненты как одну деталь, устраняя необходимость сборки.

Как работает 3D-печать компонентов интерьера аэрокосмической отрасли?

3D-печать компонентов интерьера аэрокосмической отрасли происходит по тому же процессу, что и любая 3D-печатная деталь. По сути, все, что нужно, — это файл САПР и 3D-принтер. Предполагая, что деталь уже нарисована в системе CAD, файл можно затем разрезать и подготовить к вводу в 3D-принтер. Программное обеспечение для нарезки преобразует файл САПР в G-код, который представляет собой серию векторов, которым может следовать 3D-печатающая головка для печати детали. Затем файл загружается на принтер и распечатывается. В зависимости от отпечатка может потребоваться некоторая постобработка. Обычно постобработка включает в себя абразивную технику для удаления опорной структуры 3D-печати. Этот процесс наиболее эффективен для мелкосерийного производства и производства со сложной геометрией, которое в противном случае потребовало бы длительного времени выполнения заказа и высокой цены. 

Каковы преимущества 3D-печати в аэрокосмической отрасли?

Преимущества 3D-печати в аэрокосмической отрасли:

1. Снижение веса.
2. Снижение расхода топлива (за счет снижения веса).
3. Сокращение времени выполнения заказа.
4. Простой в использовании генеративный дизайн. 
5. Минимизация отходов.
6. Быстрое прототипирование. 

Каковы недостатки 3D-печати в аэрокосмической отрасли?

У 3D-печати также есть свои недостатки:

1. Неэффективно с точки зрения затрат и времени для крупномасштабного производства.
2. Ограничено размером печатной платформы. 
3. Ограничено материалом (хотя ассортимент материалов расширяется).
4. Детали анизотропны, прочность в направлении XY снижается из-за слоев печати.
5. Большие вариации качества. 

Примеры применения 3D-печатных компонентов интерьера для аэрокосмической отрасли?

Ассортимент 3D-печатных деталей для интерьеров аэрокосмической отрасли в основном неконструкционный. Однако он быстро растет. Вот несколько ярких примеров внутренних компонентов, напечатанных на 3D-принтере:

1. Вентиляции 
2. Воздуховоды 
3. Перегородки
4. Управление кабелями
5. Электрические корпуса
6. Обложки
7. Обрезать
8. Дверные защелки 
9. Подлокотники 
10. Монтажные кронштейны 

Какие материалы используются при 3D-печати компонентов интерьера аэрокосмической отрасли?

Существуют различные материалы, которые можно напечатать для использования в интерьере аэрокосмической отрасли. Ниже приведены некоторые распространенные группы материалов:

1. Полимеры

Полимеры, обычно используемые для печати 3D-компонентов, включают:PLA (полимолочная кислота), ASA (акрилонитрилстиролакрилат), ABS (акрилонитрилбутадиенстирол), PET (полиэтилентерефталат) и PC (поликарбонат). Детали, напечатанные на 3D-принтере из полимера, легче, чем детали, которые они заменяют, поскольку детали, напечатанные на 3D-принтере, по сути являются полыми и имеют небольшое заполнение для создания поддержки внутри детали. Пластиковые детали, напечатанные на 3D-принтере, печатаются из файла САПР с помощью 3D-принтера, а затем используются для различных применений, таких как:крышки, воздуховоды, прокладки, заголовки штор и подстаканники. Детали, напечатанные на 3D-принтере, так же долговечны, как и детали, которые они заменяют, однако им не хватает прочности в несущем направлении Z. 

2. Углеродное волокно

Углеродное волокно всегда печатается внутри другого материала, такого как нейлон или другой полимер, и печатается либо в виде непрерывного, либо в виде рубленого волокна. Форма непрерывного волокна печатается отдельной печатающей головкой во внутренней части полимерной детали. Рубленое углеродное волокно имеет длину менее 1 мм и содержится внутри печатаемой полимерной нити. Непрерывное углеродное волокно прокладывается в пути нагрузки для увеличения прочности детали в определенном направлении. Тогда как рубленое углеродное волокно увеличивает прочность всей детали. Некоторые примеры предметов, в которых используются пластмассы, армированные углеродным волокном:панели выключателей света, компоненты климат-контроля в салоне и дверные защелки. Детали, напечатанные из углеродного волокна, очень долговечны и заменяют многие алюминиевые детали. 

3. Металл

3D-печать металлом осуществляется с использованием несколько иного процесса, чем полимеры. Металлы поставляются в порошкообразной форме, а затем плавятся и сплавляются с печатной платой и последующими слоями с помощью лазера в процессе, называемом селективным лазерным спеканием (SLS). Металлические детали, напечатанные на 3D-принтере, встречаются реже, поскольку металл используется в более важных структурных и летных компонентах, и поэтому его сложнее квалифицировать. Однако металл, напечатанный на 3D-принтере, обычно используется в авиационных двигателях внутри корпусов подшипников, топливных форсунок, датчиков температуры и теплообменников. 

4. Нейлон

Нейлон — это полимер, который можно напечатать на 3D-принтере. Однако он отличается от таких материалов, как PLA и ABS, поскольку нейлон более гибкий и прочный. Нейлон менее жесткий и прочный, чем PLA и ABS, но его ударопрочность в десять раз выше, чем у ABS. Нейлон печатается так же, как и другие полимеры, однако обычно он включает армирование углеродным волокном, чтобы компенсировать его низкую прочность. Onyx™ от Markforged — это нейлон, армированный углеродным волокном, который используется для изготовления бортовых развлекательных консолей, переключателей на панелях и каркасов сидений. 

5. Стекловолокно

Подобно углеродному волокну, стекловолокно используется в полимерах, напечатанных на 3D-принтере, в качестве армирования. Стекловолокно поставляется в непрерывном или рубленом виде. Рубленая форма интегрирована в нить и обеспечивает усиление общей части. Принимая во внимание, что непрерывное волокно обеспечивает усиление для определенного пути нагрузки. Стекловолокно дешевле и менее прочное, чем углеродное волокно, и используется там, где углеродное волокно может быть излишне прочным. Наконец, стекловолокно, как и углеродное волокно, имеет усталостную долговечность выше, чем у большинства металлических компонентов, которые они заменяют. 

Каково будущее 3D-печати внутренних компонентов в аэрокосмической отрасли?

Будущее 3D-печатных деталей в интерьерах аэрокосмической отрасли велико. Несмотря на то, что для 3D-печати найдено множество применений, их будет еще больше. Это связано с тем, что 3D-печать открыла возможности для создания специализированных компонентов без специальных инструментов. 3D-печать также расширяет спектр используемых материалов. В интерьерах авиакомпаний уже используются сотни деталей, напечатанных на 3D-принтере, и ожидается, что их использование будет расти, поскольку к 2026 году стоимость рынка аэрокосмической и оборонной промышленности США достигнет 5,58 миллиарда долларов.

Для получения дополнительной информации см. наше руководство «Как работают 3D-принтеры».

Часто задаваемые вопросы о 3D-печати компонентов интерьера аэрокосмической отрасли

Использует ли SpaceX 3D-принтеры?

Да, SpaceX использует 3D-печать для своих ракет. Они используют эти принтеры для производства ракетных двигателей и сопел. SpaceX использовала 3D-принтеры для печати камеры двигателя SuperDraco из инконеля с использованием прямого лазерного спекания металла (DMLS). SpaceX также напечатала на 3D-принтере корпус главного клапана окислителя (MOV) для двигателя Merlin 1D. Эта деталь была напечатана за два дня, а не за семь месяцев на изготовление, и имеет сокращенный график обслуживания. 

Использует ли НАСА 3D-принтеры в космосе?

Да, НАСА использовало 3D-принтеры в космосе. В 2014 году НАСА использовало принтер Made In Space, Inc. на международной космической станции для печати лицевой панели печатающей головки. Распечатанную часть затем вернули на Землю для анализа. Результаты этих испытаний показали, что между экземплярами, напечатанными на Земле и в космосе, не было различий. Это открыло множество возможностей для 3D-печати в космосе, где материалы можно перерабатывать и использовать повторно, в отличие от недель или даже месяцев, необходимых для доставки критически важных компонентов на международную космическую станцию. 

Можно ли напечатать на 3D-принтере детали самолета, помимо внутренних компонентов?

Да, 3D-детали используются во всех областях самолетов, включая интерьер, двигатели, конструкцию, электрические и гидравлические системы, а также специальные инструменты. Специализированные инструменты являются одним из старейших приложений из-за снижения потребности в квалификации. Специализированная оснастка включает в себя:приспособления, инструменты для литья под давлением, литейные формы и адаптеры. В самолетах также используются монтажные кронштейны, клапаны, корпуса и корпуса подшипников, напечатанные на 3D-принтере.

Сводка

В этой статье были представлены 3D-печатные компоненты интерьера аэрокосмической отрасли, объяснены это и рассмотрены типы используемых материалов. Чтобы узнать больше о 3D-печати в аэрокосмической отрасли, свяжитесь с представителем Xometry.

Xometry предоставляет широкий спектр производственных возможностей, включая 3D-печать и другие дополнительные услуги для всех ваших потребностей в прототипировании и производстве. Посетите наш веб-сайт, чтобы узнать больше или запросить бесплатное ценовое предложение без каких-либо обязательств.

Уведомления об авторских правах и товарных знаках

1. Onyx™ — зарегистрированная торговая марка Markforged.

Отказ от ответственности

Содержимое этой веб-страницы предназначено только для информационных целей. Xometry не делает никаких заявлений и не дает никаких гарантий, явных или подразумеваемых, относительно точности, полноты или достоверности информации. Любые параметры производительности, геометрические допуски, конкретные конструктивные особенности, качество и типы материалов или процессов не должны рассматриваться как представляющие то, что будет доставлено сторонними поставщиками или производителями через сеть Xometry. Покупатели, желающие получить расценки на детали, несут ответственность за определение конкретных требований к этим деталям. Для получения дополнительной информации ознакомьтесь с нашими положениями и условиями.

Дин МакКлементс

Дин МакКлементс — дипломированный инженер с отличием в области машиностроения с более чем двадцатилетним опытом работы в обрабатывающей промышленности. Его профессиональный путь включает в себя важные должности в ведущих компаниях, таких как Caterpillar, Autodesk, Collins Aerospace и Hyster-Yale, где он развил глубокое понимание инженерных процессов и инноваций.

Прочтите другие статьи Дина МакКлементса



Шесть ключевых преимуществ 3D-печати в авиастроении Преобразование DXF в STL:пошаговое руководство по точной 3D-печати