¿Se ha aplicado la impresión 3D en metal a moldes aeroespaciales?

1. Adaptabilidad tecnológica: superando las barreras físicas y financieras de la producción convencional
Los moldes aeroespaciales deben tener diseños de canales complejos, un tratamiento superficial de alta-precisión, estructuras ligeras y la capacidad de soportar condiciones adversas. La tecnología de impresión 3D en metal satisface todas estas necesidades con las siguientes características:
Diseño de un canal de refrigeración que se ajuste
El sistema de enfriamiento de molde típico utiliza tecnología de perforación, pero está limitado por la estructura del molde. Esto puede producir problemas de enfriamiento desigual que pueden provocar puntos calientes. La impresión 3D de metal puede adherirse a las cavidades del molde mediante el uso de optimización topológica para construir canales de enfriamiento en cualquier forma. Por ejemplo, Platinum Technology fabricó un molde de tubo curvado de encendido para Blue Arrow Aerospace que utiliza una vía fluvial conformada para reducir el ciclo de moldeo por inyección en un 35 %. La tasa de certificación de productos ha aumentado del 85% al ​​96%. Este tipo de técnica puede reducir considerablemente la concentración de tensión térmica en moldes para palas de motores de aviones y hacer que el molde dure más.
Integración funcional y de superficie de alta-precisión
Los moldes aeroespaciales necesitan superficies muy lisas, y la impresión 3D de metal puede obtener superficies con una rugosidad de Ra menor o igual a 0,8 μm cambiando la potencia del láser, el método de escaneo y las propiedades del polvo. Por ejemplo, el molde de aleación de titanio para la articulación de la cadera fabricado por la impresora Platinum A160 tiene una estructura microporosa en la superficie (con una porosidad del 60 % al 80 %) que cumple con los estándares de biocompatibilidad de inmediato, por lo que no es necesario pulir después de la impresión. Además, la impresión 3D en metal puede imprimir con más de un material a la vez. Por ejemplo, Laser Luminescent creó un molde de cámara de empuje de múltiples materiales de aleación de cobre de alta-temperatura-que agrega una capa de refuerzo GH4169 a la superficie del sustrato de cobre utilizando tecnología de revestimiento láser. Esto equilibra la conductividad térmica y la resistencia estructural.
Optimización de topología y peso ligero
Para ahorrar energía y hacer que el transporte sea más eficiente, los moldes aeroespaciales deben ser lo más livianos posible y al mismo tiempo resistentes. Las arquitecturas de celosía biomimética y el refuerzo-de paredes delgadas pueden ayudar a que la impresión 3D de metal ahorre más del 30% de su peso. Por ejemplo, Platinum Technology creó un molde de impresión 3D para una determinada construcción de satélite que utiliza un diseño de celosía. Este diseño reduce el peso en un 40% sin dejar de ser fuerte. Se ha utilizado con éxito en el proyecto espacial de satélites de impresión 3D más grande de China.
Realizar cambios rápidamente y lotes pequeños
La fabricación de moldes tradicional tarda varios meses en abrir un molde, mientras que la impresión 3D de metal puede cambiar rápidamente de modelo de molde utilizando la opción "impresión con un clic". Esto es importante para los productos aeroespaciales porque tienen un ciclo de iteración corto. Por ejemplo, el equipo de impresión 3D de Wisconsin puede imprimir con varios láseres al mismo tiempo. Puede producir 200 piezas por día y cuesta un 40% menos por pieza que los métodos tradicionales. Esto acelera considerablemente el ciclo de investigación y desarrollo de nuevos motores de cohetes.
2. Casos de uso comunes: abarcan todo, desde componentes clave hasta toda la cadena industrial.
La tecnología de impresión 3D de metal se ha abierto camino en muchas áreas importantes de los moldes aeroespaciales, creando una solución de proceso completa desde la verificación del diseño hasta la producción en masa:
Molde para piezas de motor.
La impresión 3D de metal se utiliza a menudo para fabricar moldes para piezas esenciales como palas de turbinas y cámaras de combustión en motores de aviones. El molde de tubo curvado de encendido del motor YF-75DA, creado por Platinum y Blue Arrow Aerospace en colaboración, reduce el riesgo de grietas que conllevan los métodos de soldadura estándar mediante el uso de conformado integrado. Esto hace que el molde dure más de un 50% más. GE Aviation también emplea la impresión 3D de metal para fabricar moldes para boquillas de combustible, lo que reduce los tiempos de entrega a la mitad y los costos en un 30%.
Molde para piezas estructurales de naves espaciales.
Para fabricar moldes para piezas estructurales grandes, como satélites y secciones de cohetes, se necesitan materiales muy resistentes y de tamaño preciso. El equipo láser LiM-X650 imprimió el molde para una determinada zona del compartimento del cohete. Está compuesto por una aleación de aluminio resistente y ligera. La optimización de la topología mejora el rendimiento estructural y la estructura reticular local se desarrolla para eliminar piezas adicionales y cumplir con criterios de ligereza. El molde se ha utilizado con éxito para fabricar la segunda etapa del núcleo del cohete Chang Ba Jia, lo que ha acelerado enormemente el proceso de producción.
Molde para intercambio y pérdida de calor.
Los equipos aeroespaciales funcionan en condiciones muy duras y los moldes de disipación de calor tienen estándares de rendimiento muy estrictos. El molde de aletas de disipación de calor de cobre puro fabricado por Platinum Technology tiene un espesor de gradiente de 0,5 mm a 1 mm. Esto, junto con la alta conductividad térmica del cobre puro, lo hace un 40 % más eficiente a la hora de disipar el calor que los moldes típicos. La gente ha utilizado mucho este tipo de molde en lugares como cámaras de empuje de motores de cohetes y sistemas de control térmico de satélites.
Reparación y remanufactura de moldes.
Cuesta mucho reparar el desgaste del molde o las grietas en los equipos aeroespaciales después de haberlos utilizado durante mucho tiempo. Mediante ingeniería inversa, la impresión 3D de metal puede hacer rápidamente copias de las cavidades del molde. También puede reparar daños locales mediante la técnica de impresión de injerto. Por ejemplo, el sistema de injerto automático para piezas de Platinum System tiene una precisión de injerto de 0,05 mm, lo que reduce los costos de reparación a la mitad en comparación con los métodos anteriores y acelera los ciclos de reparación en un 70 %.
3. Crear un ecosistema industrial: de los grandes avances tecnológicos a los grandes usos
El uso generalizado de la impresión 3D de metal en el negocio de moldes aeroespaciales es el resultado de nuevas ideas provenientes tanto de la parte superior como de la base de la cadena industrial.
Nuevas ideas para herramientas y materiales.
Bolite y Huashu High Tech son dos empresas nacionales que han lanzado varias impresoras 3D de metal de grado industrial-que pueden crear objetos enormes, multi-materiales y de alta-precisión. Por ejemplo, la Platinum BLT-S1500 incluye un sistema de escaneo síncrono de 26-láser que puede imprimir 10 veces más rápido que el equipo estándar de un solo-láser y fabricar piezas aeroespaciales con un diámetro de 1,5 metros. Xi'an Sailong Metal ha fabricado un polvo esférico de aleación de titanio que es un 30% más fluido, lo que significa que se puede imprimir con mayor precisión. El equipo MT800H de AVIC Maite puede imprimir aleaciones de alta temperatura a base de níquel-para satisfacer las necesidades de los componentes del extremo caliente del motor.
Estableciendo estándares y optimizando procesos
El sector aeroespacial tiene criterios muy estrictos para la calidad de los moldes y necesita establecer directrices estrictas sobre cómo se ejecutan los procesos. Por ejemplo, la biblioteca de procesos inteligentes de Platinum Technology combina más de 100.000 conjuntos de parámetros de materiales y facilita encontrar la mejor solución de impresión con un solo clic. La solución de impresión 3D de metal de grado industrial-creada por Huashu High Tech y Siemens utiliza análisis de acoplamiento de campos multi-físicos para encontrar la mejor ruta de impresión y reducir el riesgo de deformación. Además, las empresas en Estados Unidos participan activamente en la creación de estándares internacionales como ISO/ASTM, que fomenta el uso de la tecnología de forma estandarizada.
Nuevas formas de prestar servicios.
Las empresas de impresión 3D en metal están pasando de ser "proveedores de equipos" a "proveedores de servicios de ciclo de vida completo". Por ejemplo, Bolite utiliza una plataforma de IoT para advertir a los clientes sobre problemas en los equipos, diagnosticarlos desde lejos y enviarles piezas. Sus clientes provienen de industrias como la aeroespacial y la de fabricación de automóviles. Huashu High Tech ha creado un modelo de entrega todo en uno--de "hardware+software+servicios" para ayudar a los clientes a superar los desafíos técnicos.