A lo largo de los años, se ha demostrado que la industria aeroespacial es una de las aplicaciones de impresión 3D de más rápido crecimiento en todo el mundo. Múltiples variedades, lotes pequeños y estructuras complejas son las características únicas del producto aeroespacial. Las necesidades urgentes de un desarrollo ligero, económico y rápido son altamente compatibles con las características de la impresión 3D, como un alto grado de libertad y un moldeado rápido. Algunos fabricantes de aeronaves incluso pueden aprovechar el breve tiempo de inactividad para modernizar sus aeronaves, crear inventarios digitales para mantener las aeronaves envejecidas y utilizar técnicas de fabricación avanzadas para crear la próxima generación de aeronaves. Por ejemplo, el avión grande C919 de producción nacional de mi país está diseñado y producido a modo de prueba mediante la aplicación de una gran cantidad de tecnologías de impresión 3D.
Echemos un vistazo más profundo a por qué la industria de la aviación usa la impresión 3D y veamos cómo se pueden usar estas ventajas comunes en la producción de aviones:
Integración de piezas
El punto más débil en el ensamblaje de una pieza es donde se ensambla. En el caso de las aeronaves, tal debilidad podría convertirse en un punto crítico de falla, poniendo en peligro vidas humanas.
Al incorporar múltiples componentes de una pieza en una sola construcción impresa en 3D, la cantidad de puntos de ensamblaje se reduce necesariamente. Las geometrías únicas que son posibles gracias a la impresión 3D pueden reducir lo que normalmente tendría docenas o cientos de piezas a solo unas pocas, o una sola pieza. Sin soldaduras, remaches u otros sujetadores necesarios para unir las piezas, no solo se reduce el ensamblaje, sino que también se reducen los posibles puntos de falla.
Cuantos más componentes se consoliden, mayor será el ahorro. Si algunas partes se arreglan después del ensamblaje, esta puede ser una oportunidad para integrar el diseño. La complejidad suele estar libre en la fabricación aditiva, y las piezas más exitosas explotan este axioma tanto como sea posible. Los beneficios de la integración de partes incluyen principalmente lo siguiente:
Ensamblaje reducido: esto incluye la reducción de mano de obra, inventario, plantillas/herramientas y espacio de fabricación dedicado al producto final. Las inspecciones de ensamblaje también se reducen, lo que reduce en gran medida la posibilidad de errores de ensamblaje.
Menos puntos de falla: se reducen los costos de mantenimiento a largo plazo y se puede reducir el inventario de piezas de repuesto. Los reemplazos de lotes pequeños se pueden hacer de manera rápida y rentable si es necesario.
Costes operativos reducidos: gracias a la fabricación aditiva, la optimización de piezas a través de la libertad de diseño mejora el rendimiento del producto, lo que permite mejoras como la reducción del peso de las piezas y un mejor rendimiento térmico.
Lpeso ligero
Para el equipo utilizado en vuelo, "los gramos son oro", y cada kilogramo de pérdida de peso puede ahorrar cientos de miles de yuanes en costos. Los componentes más livianos significan menos combustible, lo que no solo reduce la huella de carbono de volar, sino que también reduce el costo de volar.
La impresión 3D sigue innovando sobre la base de los materiales de fabricación tradicionales. En las mismas piezas estructurales, se utilizan formulaciones de materiales de impresión 3D con mejores prestaciones para crear piezas finales más ligeras. Combinado con estructuras livianas como la integración de componentes, la optimización de la topología de impresión 3D y las estructuras de celosía, es especialmente beneficioso para el diseño liviano de las aeronaves, lo que lo hace más funcionalmente denso.
Libertad de diseño mejorada
A muchas personas que trabajan en la fabricación aditiva les gusta afirmar que la tecnología ofrece una gran "libertad de diseño" porque, por primera vez, se pueden lograr geometrías complejas que no se pueden producir mediante otros procesos de fabricación.
En el pasado, los componentes con diseños muy complejos eran difíciles o muy costosos de fabricar, o no podían fabricarse en absoluto. Utilizando procesos de fabricación aditiva, se pueden producir piezas metálicas bidimensionales o tridimensionales altamente complejas de una manera relativamente simple, y esta es una forma viable de formar integralmente componentes estructurales que consisten en piezas sólidas y de malla.
Los métodos de diseño, como la optimización topológica y el diseño generativo, han ayudado eficazmente a la impresión 3D a desarrollar nuevas formas en las que nunca antes se había pensado. Estos complejos diseños de celosía no solo ahorran peso al incorporar material solo cuando es necesario, sino que también suelen ser más resistentes que los diseños tradicionales. Si bien todavía existen ciertas limitaciones y pueden variar según la técnica de impresión 3D y los materiales utilizados, estas limitaciones son, en muchos sentidos, mucho menos severas que las observadas en los procesos de fabricación sustractivos tradicionales. Se pueden diseñar nuevas piezas interiores y exteriores de aeronaves para reemplazar las piezas originales envejecidas y trucos de diseño más flexibles para agregar una funcionalidad extrema.
Iteración rápida de prototipos
El nombre del uso original de la impresión 3D es creación rápida de prototipos. Desde ideas de bocetos hasta diseños CAD y primeros prototipos, luego el segundo, el tercero, etc., la impresión 3D acelera el tiempo de comercialización de nuevos productos. Se tarda aproximadamente medio año desde el diseño hasta la fabricación para fabricar palas de turbina con tecnología tradicional, pero se tarda aproximadamente medio año en hacer un molde. Sin embargo, el uso de la tecnología de impresión 3D puede lograr una respuesta e iteración rápidas en días o semanas.
Producción de lotes pequeños
En la industria aeroespacial, se producen relativamente pocos aviones en términos de producción total en comparación con la fabricación de automóviles o aparatos eléctricos.
La producción de alto valor y bajo volumen es muy adecuada para la impresión 3D. Si bien muchos procesos de fabricación tradicionales requieren la fabricación de herramientas y moldes costosos, lo que crea economías de escala para la producción en masa, la fabricación aditiva elimina la necesidad de moldes. Se pueden hacer una o varias piezas a la vez, incluidos diferentes diseños en la misma placa de construcción, sin costos adicionales de molduras o herramientas.
El punto de inflexión entre la fabricación aditiva y la fabricación tradicional generalmente requiere la fabricación de cientos o miles de piezas hasta que las tecnologías tradicionales se vuelvan más rentables y, si bien esto puede reducir el costo de cada pieza moldeada por inyección a centavos, no es hasta esa intersección. punto, la impresión 3D será más rentable. Especialmente cuando se utilizan materiales de aplicación de alto valor, es imperativo ahorrar material.
Dinventario digital
Cuando un avión se acerca al final de su vida útil, a menudo se puede salvar reemplazando ciertas partes para que siga volando. La forma convencional de hacerlo es mediante el uso de almacenes físicos donde las piezas de repuesto se almacenan en estantes cuando se necesitan. En la mayoría de los casos, estas piezas de repuesto se fabrican al mismo tiempo que las piezas OEM originales producidas en serie y se reservan para las necesidades de reemplazo de piezas desgastadas. Pero si esa necesidad nunca surge, no solo están desperdiciando el tiempo y el costo de producirlos, sino también años en los estantes. Peor aún, si llega la demanda, las piezas de repuesto están agotadas, especialmente aquellas que están fuera de producción para siempre; perder incluso una pequeña pieza podría dejar el avión en tierra.
En lugar de colocar físicamente los artículos en los estantes, el enfoque de inventario digital almacena archivos de diseño que se pueden imprimir en 3D. Las piezas que necesitan ser reemplazadas pueden fabricarse en cualquier lugar y en cualquier momento utilizando técnicas de impresión 3D apropiadas, de nuevo sin la necesidad de producir moldes o herramientas costosos de antemano. En lugar de esperar a que los OEM se retrasen, se reduce la presión sobre el inventario físico y, al mismo tiempo, se extiende la vida útil del vuelo, para que no pueda volar debido a una pieza pequeña.
Vuela más alto y más lejos con la impresión 3D
La producción de aeronaves, desde prototipos hasta repuestos, se beneficia cada vez más del uso de la impresión 3D en la cadena de suministro. La producción descentralizada, las nuevas posibilidades de diseño y las reducciones en tiempo, materiales y costos están brindando nuevas formas para que los aviones sigan volando alto.
El proceso de fabricación de valor agregado reemplaza la fabricación tradicional, que puede ahorrar costos de moldes y lograr una reducción de costos y un aumento de la eficiencia en muchos aspectos. Los materiales de impresión 3D son la base material para el desarrollo de la tecnología de impresión 3D, y los metales, la cerámica y los materiales compuestos son pistas emergentes en el campo de la impresión 3D. Según las estadísticas de la industria publicadas por Wohlers Associates Inc, en las industrias de aplicaciones posteriores de la impresión 3D, la industria automotriz, la electrónica de consumo y la aeroespacial representan la mayor proporción, y los metales, la cerámica y los materiales compuestos se convertirán en el "punto de inflexión" de Materiales de impresión 3D.
Bajo el trasfondo del plan "Hecho en China 2025", la impresión 3D se ha convertido en la línea principal de la promoción de la fabricación inteligente de mi país, y la industria aeroespacial es uno de los campos de aplicación importantes de la fabricación aditiva. En la actualidad, en el campo de la industria aeroespacial en el país y en el extranjero, las aeronaves de alto número de Mach y alta maniobrabilidad emergen sin cesar y se convierten en una de las principales tendencias de desarrollo de la próxima generación de vehículos aeroespaciales. Sus requisitos de diseño presentan mayores requisitos para los procesos de diseño y fabricación. La mayoría de los componentes tienen las características de gran tamaño, forma compleja y múltiples estructuras. La tecnología de impresión 3D tiene grandes ventajas en la fabricación integrada de piezas de gran tamaño, la fabricación de piezas estructurales complejas y con formas especiales, y la fabricación de piezas estructurales personalizadas en masa.
JR puede brindarle diseño, proceso de impresión 3D, procesamiento posterior, procesamiento CNC y otros servicios integrales. En la actualidad, ha cooperado con muchas instituciones de investigación científica, universidades y empresas en el campo de la aplicación aeroespacial, y se compromete a proporcionar una solución general para la impresión 3D indirecta de metal con una microestructura fina, liviana y de alto rendimiento.