1. Estado de la aplicación aeronáutica actual de la tecnología de impresión 3D de metal
La tecnología de impresión 3D de metal se aplica ampliamente en la industria aeronáutica para producir piezas importantes como motores, cámaras de combustión y álabes de turbinas. Por ejemplo, el primer motor de queroseno de oxígeno líquido con bomba eléctrica de perno de aguja fabricado localmente que emplea tecnología de impresión 3D es el motor de cohete líquido "Thunder-5" de Deep Blue Aerospace. Su ajuste del rango de empuje es del 50% -110%; su empuje de vacío máximo es de 50 kN. Además de reducir considerablemente los costos de fabricación y los tiempos de entrega, SpaceX ha utilizado ampliamente piezas impresas en 3D en los motores de cohetes Falcon 9 y SuperDraco, con gran resistencia, ductilidad y resistencia a las fracturas.
2. Idea y beneficios de la tecnología de impresión tridimensional multimaterial
El método de fabricación avanzado conocido como impresión 3D multimaterial permite la impresión compuesta de varios materiales. Permite la integración de varios materiales en un solo componente, produciendo así productos estructurales complejos que satisfacen varios propósitos y criterios de rendimiento y representan un desafío para las técnicas de fabricación convencionales. Esta tecnología ofrece más oportunidades para crear componentes funcionales particulares con mejor rendimiento.
La tecnología de impresión 3D de múltiples materiales se refleja principalmente en las siguientes características en el ámbito aeroespacial:
Variabilidad en el diseño: la técnica de apilamiento de la impresión 3D permite a los diseñadores construir formas geométricas intrincadas, aumentando así su flexibilidad creativa. Los diseñadores pueden lograr combinaciones de varios materiales en el mismo modelo utilizando la impresión de múltiples materiales para satisfacer diversos criterios funcionales y de rendimiento.
La técnica de impresión 3D multimaterial puede admitir metales refractarios y cerámicas de alto rendimiento, entre otros materiales metálicos y cerámicos en polvo. Esto ofrece los medios para crear construcciones compuestas de metal y cerámica con diversas características químicas y físicas.
La tecnología de impresión 3D multimaterial puede aprovechar las ventajas de la impresión 3D para formar estructuras de gran complejidad para crear materiales compuestos y elementos de estructuras complejas que no se pueden producir por medios convencionales.
La tecnología de impresión 3D multimaterial puede proporcionar un moldeado integrado de componentes estructurales de dos materiales, evitando así los problemas resultantes del ensamblaje de múltiples componentes en procesos convencionales y ayudando así a mejorar el rendimiento general y la confiabilidad de las estructuras de dos materiales.
3. Casos de aplicación de la tecnología de impresión 3D de múltiples materiales en el campo aeroespacial: Componentes del motor Los componentes del motor aeroespacial, incluidas palas de turbinas, cámaras de combustión, etc., se han producido de manera efectiva utilizando tecnologías de impresión 3D de metal. La impresión con varios materiales permite reducir considerablemente el peso y, al mismo tiempo, garantizar la estructura externa y la resistencia general, optimizando así la economía de combustible y el rendimiento de la aeronave. Utilizando la tecnología de fabricación aditiva por deposición de energía direccional DED, la NASA, por ejemplo, depositó materiales bimetálicos en el extremo posterior de la cámara de cobre GRCop-42, creando una junta axial de superaleaciones de hierro y níquel de alta resistencia para la boquilla de la cámara de empuje del cohete, de modo que lograr enfriamiento continuo y resolver algunos desafíos de diseño y problemas de interfaz en el diseño de conexiones de pernos.
Empresas como Deep Blue Aerospace, SpaceX y Skyroot Aerospace han producido eficazmente motores de cohetes utilizando tecnologías de impresión 3D. Entre ellos, Dhawan-1, Skyroot Aerospace lanzó el primer motor de cohete utilizando inyectores de combustible 100 % impresos en 3D y lo probó con éxito en su vehículo de lanzamiento Vikram I. La compañía ha reducido la calidad del motor en un 50% mediante tecnología de impresión 3D, los componentes necesarios para su construcción a la mitad y el tiempo de entrega de producción en un 80%.
El proceso PEP (Powder Extrusion) desarrollado por Sublimation 3D es una tecnología creativa de impresión 3D indirecta para metal/cerámica que ya no puede limitarse a la fabricación de un solo material y satisface en gran medida las necesidades de productos complejos de impresión compuesta. Esta tecnología logra la impresión compuesta de varios materiales mediante el uso de una impresora 3D de doble boquilla independiente que puede imprimir materiales metálicos y cerámicos de forma simultánea o alternativa. En el rápido desarrollo y fabricación de multimateriales de metal/cerámica, materiales compuestos de metal/cerámica y sus productos en el sector aeroespacial, esta tecnología encuentra un amplio potencial de aplicación.
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