Протягом багатьох років було доведено, що аерокосмічна сфера є одним із найшвидше зростаючих застосувань 3D-друку в усьому світі. Кілька різновидів, невеликі партії та складні конструкції є унікальними характеристиками аерокосмічної продукції. Термінові потреби в легкій, недорогій і швидкій розробці дуже сумісні з характеристиками 3D-друку, такими як високий ступінь свободи та швидке формування. Деякі виробники літаків можуть навіть скористатися коротким простоєм, щоб модернізувати свої літаки, створювати цифрові інвентаризації для обслуговування старих літаків і використовувати передові технології виробництва для створення літаків наступного покоління. Наприклад, великий літак внутрішнього виробництва C919 моєї країни розроблено та випущено на випробуваннях із застосуванням великої кількості технологій 3D-друку.
Давайте глибше розглянемо, чому авіаційна промисловість використовує 3D-друк, і подивимося, як ці загальні переваги можна використовувати у виробництві літаків:
Інтеграція частин
Найслабшим місцем у вузлі деталі є місце його складання. У випадку літаків така слабкість може стати критичною точкою відмови, що загрожує життю людей.
Завдяки об’єднанню кількох компонентів деталі в одну конструкцію, надруковану на 3D, кількість точок складання обов’язково зменшується. Унікальні геометрії, які стали можливими завдяки 3D-друку, можуть скоротити те, що зазвичай складається з десятків чи сотень частин, до кількох або однієї частини. Завдяки відсутності зварювання, заклепок чи інших кріпильних елементів, необхідних для з’єднання деталей, не тільки скорочується збірка, але й зменшуються потенційні точки поломки.
Чим більше компонентів консолідовано, тим більша економія. Якщо деякі частини закріплені після складання, це може бути можливістю інтегрувати дизайн. Складність часто вільна від адитивного виробництва, і найуспішніші деталі максимально використовують цю аксіому. Переваги інтеграції частин головним чином включають наступне:
Зменшене складання: це включає в себе зменшення робочої сили, запасів, пристосувань/інструментів і виробничого сліду, призначеного для кінцевого продукту. Також скорочується перевірка складання, що значно зменшує ймовірність помилок складання.
Менше точок відмови: довгострокові витрати на технічне обслуговування зменшуються, а запаси запасних частин можна зменшити. За потреби невеликі партії можна замінити швидко та економічно.
Зниження експлуатаційних витрат: завдяки адитивному виробництву оптимізація деталей завдяки свободі дизайну покращує продуктивність продукту, забезпечуючи такі вдосконалення, як зменшення ваги деталей і кращі теплові характеристики.
Lлегка вага
Для обладнання, яке використовується в польоті, «грами — це золото», і кожен кілограм втрати ваги може заощадити сотні тисяч юанів. Більш легкі компоненти означають менше палива, що не тільки зменшує викиди вуглекислого газу від польотів, але й знижує вартість польотів.
3D-друк продовжує впроваджувати інновації на основі традиційних виробничих матеріалів. У тих самих конструктивних частинах для створення легких кінцевих частин використовуються склади матеріалів для 3D-друку з кращою продуктивністю. У поєднанні з полегшеними конструкціями, такими як інтеграція компонентів, оптимізація топології 3D-друку та гратчасті структури, це особливо корисно для полегшеної конструкції літака, роблячи його більш функціонально щільним.
Розширена свобода дизайну
Багато людей, які працюють в адитивному виробництві, люблять стверджувати, що технологія пропонує велику «свободу проектування», оскільки вперше можна досягти складних геометрій, які не можуть бути створені іншими виробничими процесами.
У минулому компоненти з дуже складною конструкцією було важко або дуже дорого виготовляти, або взагалі не можна було виготовити. Використовуючи процеси адитивного виробництва, дуже складні дво- або тривимірні металеві деталі можна виготовляти відносно простим способом, і це життєздатний спосіб цілісного формування структурних компонентів, що складаються з суцільних і сітчастих частин.
Такі методи проектування, як оптимізація топології та генеративний дизайн, ефективно допомогли 3D-друку створити нові форми, про які раніше не думали. Ці складні решітчасті конструкції не тільки економлять вагу, використовуючи матеріал лише там, де це необхідно, але також часто є міцнішими, ніж традиційні конструкції. Хоча певні обмеження все ще існують і можуть змінюватися залежно від техніки 3D-друку та використовуваних матеріалів, ці обмеження багато в чому набагато менш суворі, ніж ті, які спостерігаються в традиційних субтрактивних виробничих процесах. Нові внутрішні та зовнішні деталі літака можуть бути розроблені для заміни застарілих оригінальних деталей, а також більш гнучкі дизайнерські прийоми для додання надзвичайної функціональності.
Ітерація швидкого прототипування
Назва початкового використання 3D-друку - швидке прототипування. Від ескізних ідей до проектів CAD до перших прототипів — потім другого, третього тощо — 3D-друк прискорює час виходу нових продуктів на ринок. Щоб виготовити турбінні лопаті за традиційною технологією, потрібно близько півроку від проектування до виробництва, але приблизно півроку потрібно для виготовлення форми. Однак за допомогою технології 3D-друку можна досягти швидкого обороту та ітерації протягом кількох днів або тижнів.
Дрібносерійне виробництво
В аерокосмічній промисловості виробляється порівняно небагато літаків у порівнянні з виробництвом автомобілів чи електроприладів.
Виробництво з високою вартістю в невеликих обсягах добре підходить для 3D-друку. У той час як для багатьох традиційних виробничих процесів потрібні дорогі інструменти та форми, що забезпечує економію масштабу для масового виробництва, адитивне виробництво усуває потребу у формах. Одночасно можна виготовити одну або кілька частин, включаючи різні конструкції на одній робочій пластині, без додаткових витрат на формування чи інструменти.
Точка перегину між адитивним виробництвом і традиційним виробництвом зазвичай вимагає виготовлення сотень або тисяч деталей, доки традиційні технології не стануть економічно ефективнішими, і хоча це в кінцевому підсумку може знизити вартість кожної деталі, виготовленої литтям під тиском, до копійок, це не відбудеться до цього перетину 3D-друк буде економічно ефективнішим. Особливо при використанні високоцінних матеріалів для нанесення, економія матеріалів є обов’язковою.
Dюридичний інвентар
Коли літальний апарат наближається до кінця свого терміну експлуатації, його часто можна врятувати, замінивши певні частини, щоб він продовжував літати. Традиційним способом це робиться за допомогою фізичних складів, де запасні частини зберігаються на полицях, коли це необхідно. У більшості випадків ці запасні частини виготовляються одночасно з оригінальними серійними частинами OEM і резервуються для потреб заміни зношених деталей. Але якщо така потреба ніколи не виникає, вони витрачають не лише час і кошти на їх виробництво, а й роки, коли вони сидять на полицях. Гірше того, якщо з’являється попит, запасних частин немає на складі, особливо тих, які назавжди зняті з виробництва – відсутність навіть невеликої деталі може завалити літак.
Замість того, щоб фізично розміщувати предмети на полицях, підхід до цифрової інвентаризації зберігає файли дизайну, які можна надрукувати на 3D. Ті деталі, які потребують заміни, можна виготовити будь-де та будь-коли за допомогою відповідних методів 3D-друку, знову ж таки, без попереднього виробництва дорогих форм чи інструментів. Замість того, щоб чекати, поки виробники комплектного обладнання зволікають, тим самим зменшуючи тиск на фізичні запаси, а також подовжуючи термін служби, так що він не зможе літати через невелику деталь.
Літайте вище та далі з 3D-друком
Виробництво літаків, від прототипів до запасних частин, отримує все більше переваг від використання 3D-друку в ланцюжку поставок. Децентралізоване виробництво, нові можливості дизайну та скорочення часу, матеріалів і витрат надають літакам нові способи продовжувати літати високо.
Виробничий процес з доданою вартістю замінює традиційне виробництво, що може заощадити витрати на прес-форми та досягти зниження витрат і підвищення ефективності в багатьох аспектах. Матеріали для 3D-друку є матеріальною основою для розвитку технології 3D-друку, а метали, кераміка та композитні матеріали є новими напрямками в галузі 3D-друку. Відповідно до галузевих статистичних даних, опублікованих Wohlers Associates Inc, у наступних галузях застосування 3D-друку автомобільна промисловість, споживча електроніка та авіакосмічна промисловість становлять найбільшу частку, а метали, кераміка та композитні матеріали стануть «переломною точкою» Матеріали для 3D друку.
На тлі плану «Зроблено в Китаї 2025» 3D-друк став основним напрямком просування інтелектуального виробництва в моїй країні, а авіакосмічна галузь є однією з важливих сфер застосування адитивного виробництва. В даний час у галузі аерокосмічної техніки в країні та за кордоном нескінченно з’являються літаки з високим числом Маха та високою маневреністю, які стають однією з головних тенденцій розвитку наступного покоління аерокосмічних апаратів. Його вимоги до дизайну висувають більш високі вимоги до проектування та виробничих процесів. Більшість компонентів мають характеристики великого розміру, складної форми та кількох структур. Технологія 3D-друку має великі переваги в інтегрованому виробництві деталей великого розміру, виготовленні деталей спеціальної форми та складних конструкцій, а також у виробництві конструкційних деталей масового замовлення.
JR може надати вам дизайн, процес 3D-друку, пост-обробку, обробку з ЧПК та інші комплексні послуги. В даний час компанія співпрацює з багатьма науково-дослідними установами, університетами та підприємствами в галузі аерокосмічного застосування та прагне забезпечити загальне рішення для непрямого 3D-друку металу з високою продуктивністю, легкою вагою та тонкою мікроструктурою.