Аддитивное производство, также называемое 3D-печатью, находит множество применений в аэрокосмической отрасли: от проектирования и производства до других областей.
Аэрокосмическая отрасль была одним из первых коммерческих пользователей 3D-печати или аддитивного производства с момента его изобретения. Действительно, многие производители оборудования (OEM), поставщики и государственные учреждения используют 3D-печать уже десятилетиями, и новейшие поколения коммерческих самолетов летают с более чем 1000 деталей, изготовленных с помощью 3D-печати.
Однако традиционные промышленные 3D-принтеры до недавнего времени были чрезмерно дорогими для всех, кроме крупнейших и хорошо финансируемых организаций. За последние 10 лет мы стали свидетелями резкого снижения цены даже на высокопроизводительные 3D-принтеры, а также инноваций в материаловедении, которые открывают возможности для более требовательных применений. Когда 3D-принтеры стали доступными по цене, их смогли использовать и небольшие организации, а также новые подразделения крупных компаний, где ранее такая технология была изолирована в централизованных цехах прототипирования. Благодаря внедрению аддитивных технологий среди большего числа конечных пользователей, 3D-принтеры Formlabs позволяют большему числу аэрокосмических инженеров и исследователей раздвигать границы своей области.
Читайте дальше, чтобы узнать о девяти ключевых способах, с помощью которых 3D-печать стимулирует инновации в аэрокосмической отрасли: от проектирования и производства до других областей.
3D-печать для разработки аэрокосмической продукции
1. Быстрое прототипирование для функциональных испытаний ракетных двигателей
Компания Gravity Industries разрабатывает реактивные ранцы, которые выглядят так, будто принадлежат научно-фантастическому фильму. Их реактивные костюмы предназначены для использования в таких случаях, как поисково-спасательные операции, куда вертолет не может добраться или безопасно приземлиться. Использование нескольких видов технологий 3D-печати ускорило их процесс создания прототипов и тестирования, включая тесты, где термореактивная фотополимерная смола была наилучшим выбором.
Сэм Роджерс, летчик-испытатель и ведущий конструктор, использовал детали, изготовленные из прозрачной смолы (Clear Resin) на принтере Form 3, для разработки конструкции воспламенителя вихреохлаждаемого ракетного двигателя. Прозрачный материал отлично подошел для испытательной среды, так как Роджерс мог наблюдать за картиной горения внутри испытательного стенда.
Во время тестов он спроектировал камеру модульной, чтобы можно было комбинировать разные версии как камеры, так и сопла. Благодаря «щиту из закрученного кислорода», отводящему максимальный жар от стенок камеры, детали из смолы выдерживали несколько секунд каждая. Этого было достаточно, так как каждое испытание должно было длиться ровно столько, чтобы можно было наблюдать картину воспламенения.
Если бы Роджерс изготовил свои десятки различных вариантов дизайна из металла, это было бы колоссально дорого. Вместо этого, учитывая короткую продолжительность тестов и очень низкую себестоимость материалов, он смог выбрать высокопроизводительную конструкцию с минимальными затратами и сроком выполнения.
2. Создание сложных деталей ракет с помощью 3D-печати
Компания Masten Space Systems производит сложные детали ракет с использованием 3D-печати. Они специализируются на ракетостроении с вертикальным взлетом и посадкой. Masten начала печатать ракетные двигатели в 2014 году, начиная с небольших испытательных двигателей и в итоге масштабировавшись до двигателя Broadsword с тягой 25 000 фунтов в 2016 году. Их опыт включает работу как с пластиками, так и с металлами.
По словам Кимберли Деворе, инженера-исследователя и испытателя Masten, компания использовала как традиционную механическую обработку, так и 3D-печать для производства ракетных двигателей. Хотя Masten по-прежнему использует некоторые традиционные методы в своих старых двигателях, они приняли 3D-печать для гибкости проектирования и скорости производства.
«Что хорошо в 3D-печати, так это то, что вы можете смоделировать деталь именно так, как вы хотите. И это не требует такого же количества итераций, как при традиционной механической обработке. Вы можете просто спроектировать ее так, как нужно», — говорит Деворе. «Со станками с ЧПУ зачастую приходится делать вещи довольно простыми. Каждая дополнительная особенность, которую вы добавляете, — это дополнительные деньги, которые вам придется заплатить».
С 3D-печатью добавление сложности для улучшения производительности не стоит дополнительных денег — как и эксперименты. Поскольку сделать несколько вариантов относительно быстро и недорого, они могут пробовать новое. «Возможность быстро итерировать в таких вещах — это огромное преимущество».
3. Прототипирование аэрокосмической оснастки с помощью 3D-печати
Компания A&M Tool and Design производит детали и специализированные машины для аэрокосмической отрасли, оптики и робототехники. Для прототипирования в цехе начали использовать 3D-печать для проверки посадки и функциональности. Это позволяет инженерам, таким как Райан Литтл, изготавливать детали намного быстрее и использовать все часы дня, настраивая печать на ночь и используя детали на следующий день. Печать особенно полезна для геометрий, производство которых на станке с ЧПУ дорого и требует много времени.
«Принтер почти ощущается как вспомогательный инструмент в дополнение к CAD», — говорит Литтл. «Мы делаем массу прототипов для различных видов оснастки. Если бы у нас не было Form 2, многие прототипы так и оставались бы в CAD, пока мы не были бы готовы к механической обработке, и некоторые вещи никогда не были бы сделаны или спроектированы, потому что это было бы нецелесообразно».
3D-печать для аэрокосмического производства
4. Экономия средств с помощью 3D-печати индивидуальной оснастки для деталей самолетов
Lufthansa Technik, один из крупнейших в мире авиационных поставщиков и сервисных центров (MRO), использовала 3D-печать для производства экструзионных сопел. Эти сопла используются для создания само-люминесцентных напольных маркировок аварийных выходов Guide U для салонов самолетов.
После тестирования различных материалов и процессов изготовления оснастки 3D-печать индивидуальных экструзионных сопел оказалась наиболее экономически эффективным и гибким методом. «Теоретически мы могли бы также лить под давлением наши детали. Но мы никогда не были бы так гибки в форме и регулировке сопла. В этом я вижу огромное преимущество 3D-печати», — объясняет Ульрих Царт, инженер проекта Guide U.
Этот производственный инструмент был напечатан на Form 3L. Большая площадь платформы позволила произвести 72 сопла за один цикл печати. Команда сэкономила огромное количество времени и денег в производственном процессе, напечатав этот небольшой компонент собственными силами. По сравнению с обычными методами изготовления такой оснастки они также смогли избежать больших минимальных объемов заказа и остались значительно более гибкими в оптимизации процесса.
5. Экономия времени в аэрокосмическом производстве с помощью 3D-печати маскировочных кондукторов
Integrated Manufacturing Group при AMRC работала над проектом для Airbus, который включал высокоточное сверление и обработку компонентов из углеродного волокна, алюминия и титана. После сверления одного отверстия и перехода к следующему нужно было закрыть первое, чтобы стружка не загрязняла второе отверстие.
Команде понадобились заглушки многих размеров, и у них было всего десять дней, чтобы получить 500 штук. С таким коротким сроком выполнения заказа виртуально все другие варианты производства, кроме 3D-печати, были бы неосуществимы. В итоге все компоненты были изготовлены внутри AMRC за два дня на 3D-принтере, и заглушки отлично справились со своей задачей.
6. 3D-печать конечных аэрокосмических деталей с гальваническим покрытием
Компания Elliptika, специализирующаяся на проектировании и разработке радиочастотных (RF) и микроволновых продуктов, использует 3D-печать для создания нестандартных фильтров и антенн. Команда обнаружила, что стереолитография (SLA) лучше всего подходит для последующего гальванического покрытия благодаря гладким поверхностям отпечатанных деталей.
Elliptika достигла положительной окупаемости инвестиций (ROI) в свой 3D-принтер Formlabs всего за два проекта. Заказ детали у внешнего поставщика обходится примерно в 3000 евро; себестоимость материалов и трудозатраты на 3D-печать и гальванизацию антенны собственными силами составляет всего 20 евро. Их темп работы также ускорился: с традиционными методами изготовление одной антенны могло занимать до трех месяцев, а с внутренней 3D-печатью рабочие детали получаются за два дня.
3D-печать в аэрокосмических исследованиях и образовании
7. Испытание 3D-печатных деталей в космосе
Исследователи NASA изучают, как ведут себя в космосе детали, напечатанные методом SLA с гальваническим покрытием. Инженеры из Космического центра Годдарда спроектировали кронштейны, которые были напечатаны на принтерах Formlabs, покрыты гальваническим слоем и отправлены в космос летом 2022 года на миссии SpaceX CRS-25 на Международную космическую станцию (МКС).
Образцы будут находиться в условиях внешней среды станции с помощью платформы MISSE-16, а затем возвращены на Землю для дальнейших испытаний. Результаты могут повлиять на то, как NASA и, возможно, другие аэрокосмические производители будут внедрять гальванизацию и аддитивное производство в свои будущие планы.
8. 3D-печатные детали для испытаний в аэродинамической трубе
Сотрудники и студенты по всему миру используют 3D-принтеры Formlabs для создания моделей и компонентов, испытываемых в аэродинамических трубах.
В Техасском университете A&M (Oran W. Nicks Low Speed Wind Tunnel) команда под руководством Лизы Браун использует 3D-печать для создания масштабных моделей самых разных объектов. Например, для исследования лопасти вертолета с машущим движением был создан небольшой печатный вкладыш с датчиками внутри.
В Карлсруэском технологическом институте (KIT) докторант Ларс фон Дейн использует 3D-печать для создания деталей со сложной структурой поверхности для изучения турбулентных потоков. Он выбрал принтер Form 3L, так как большая область построения позволила покрыть тестовую зону аэродинамической трубы меньшим количеством отдельных деталей.
9. Подготовка нового поколения инженеров с помощью 3D-печати
В Военно-морской академии США (USNA) капитан Брэд Бейкер, доцент, интегрировал 3D-печать в учебную программу по машиностроению, основав MakerSpaceUSNA. Студенты сначала учатся работать с CAD, затем осваивают FDM-принтеры, переходят к SLA и, наконец, к SLS-технологиям. Теперь они даже изучают 3D-сканирование и могут выполнять полные проекты по обратному инжинирингу.
Такой практический подход и философия обучения на ошибках готовят будущих офицеров ВМС США к карьере, где знакомство с передовыми производственными технологиями становится все более важным.
Что ждет 3D-печать в аэрокосмической отрасли в будущем?
Благодаря более мощным и доступным аддитивным технологиям, чем когда-либо прежде, вклад в отрасль готовы вносить более широкие круги специалистов. Трудно сказать, придут ли самые большие прорывы в ближайшие 5-10 лет от OEM-производителей, поставщиков, государственных учреждений, стартапов или академических кругов, но с тем, что все больше людей получают практический опыт работы с 3D-печатью, эти инновации будут появляться быстрее, чем когда-либо.
По мере распространения понимания преимуществ 3D-печати в аэрокосмической отрасли, а также роста универсальности технологий и доступных материалов, аддитивное производство продолжит изменять способы создания и обслуживания самолетов и космических аппаратов.
О нашей компании
TITAN 3D - поставщик и системный интегратор оборудования для 3D-печати, 3D-сканирования и автоматизированного контроля в промышленности, машиностроении, медицине.
Готовы ответить на все Ваши вопросы, проконсультировать по оборудованию, и подобрать лучшее оборудование для решения Ваших задач.
Каталог 3D-принтеров мировых производителей - проработку технологии, подбор оборудования, внедрение, пусконаладку и обучение берем на себя!
+7 (952) 243-77-75 I 01@titan-3d.ru I www.titan-3d.ru