A impressão 3D de metal foi aplicada em moldes aeroespaciais?

1. Adaptabilidade tecnológica: superando as barreiras físicas e financeiras da produção convencional
Os moldes aeroespaciais precisam ter projetos de canais complexos, tratamento de superfície de alta-precisão, estruturas leves e capacidade de resistir a condições adversas. A tecnologia de impressão 3D em metal atende a todas essas necessidades com os seguintes recursos:
Projeto de um canal de resfriamento adequado
O sistema típico de resfriamento de molde utiliza tecnologia de perfuração, mas é limitado pela estrutura do molde. Isso pode produzir problemas de resfriamento irregular que podem levar a pontos quentes. A impressão 3D de metal pode aderir às cavidades do molde usando a otimização topológica para construir canais de resfriamento em qualquer formato. Por exemplo, a Platinum Technology fez um molde de tubo de curvatura de ignição para a Blue Arrow Aerospace que usa um canal conformal para reduzir o ciclo de moldagem por injeção em 35%. A taxa de certificação de produtos subiu de 85% para 96%. Esse tipo de técnica pode reduzir bastante a concentração de tensão térmica em moldes para pás de motores de aeronaves e fazer com que o molde dure mais.
Superfície-de alta precisão e integração funcional
Os moldes aeroespaciais precisam de superfícies muito lisas, e a impressão 3D de metal pode obter superfícies com rugosidade Ra menor ou igual a 0,8 μm alterando a potência do laser, o método de digitalização e as propriedades do pó. Por exemplo, o molde para articulação do quadril em liga de titânio feito pela impressora Platinum A160 possui uma estrutura microporosa na superfície (com porosidade de 60% a 80%) que atende imediatamente aos padrões de biocompatibilidade, não havendo necessidade de polimento após a impressão. Além disso, a impressão 3D de metal pode imprimir com mais de um material ao mesmo tempo. Por exemplo, a Laser Luminescence fez um molde de câmara de impulso multimaterial de liga de cobre de alta-temperatura-que adiciona uma camada de reforço GH4169 à superfície do substrato de cobre usando tecnologia de revestimento a laser. Isso equilibra a condutividade térmica e a resistência estrutural.
Otimização leve e de topologia
Para economizar energia e tornar o transporte mais eficiente, os moldes aeroespaciais precisam ser tão leves quanto possível e, ao mesmo tempo, fortes. Arquiteturas de treliça biomimética e reforço de paredes-finas podem ajudar a impressão 3D de metal a economizar mais de 30% de seu peso. Por exemplo, a Platinum Technology fez um molde de impressão 3D para uma determinada construção de satélite que usa um design de treliça. Este design reduz o peso em 40% e ainda é forte. Ele foi usado com sucesso no maior projeto de satélite de impressão 3D da China no espaço.
Fazendo alterações rapidamente e pequenos lotes
A fabricação tradicional de moldes leva vários meses para abrir um molde, enquanto a impressão 3D de metal pode mudar rapidamente de modelo de molde usando a opção “impressão com um clique”. Isto é importante para produtos aeroespaciais porque eles têm um ciclo de iteração curto. Por exemplo, o equipamento de impressão 3D de Wisconsin pode imprimir com vários lasers ao mesmo tempo. Pode produzir 200 peças por dia e custa 40% menos por peça do que os métodos tradicionais. Isso acelera muito o ciclo de pesquisa e desenvolvimento de novos motores de foguete.
2. Casos de uso comuns: abrangendo tudo, desde componentes-chave até toda a cadeia do setor
A tecnologia de impressão 3D de metal chegou a muitas áreas importantes dos moldes aeroespaciais, criando uma solução de processo completa, desde a verificação do projeto até a produção em massa:
Molde para peças de motor
A impressão 3D de metal é frequentemente usada para fazer moldes para peças essenciais, como pás de turbinas e câmaras de combustão em motores de aeronaves. O molde do tubo dobrado de ignição do motor YF-75DA, que foi criado pela Platinum e Blue Arrow Aerospace trabalhando juntas, reduz o risco de rachaduras que vem com métodos de soldagem padrão usando formação integrada. Isso faz com que o molde dure mais de 50% mais. A GE Aviation também emprega impressão 3D de metal para fazer moldes para bicos de combustível, o que reduz os prazos de entrega pela metade e os custos em 30%.
Molde para peças estruturais de naves espaciais
A fabricação de moldes para grandes peças estruturais, como satélites e seções de foguetes, requer materiais muito fortes e de tamanho preciso. O equipamento laser LiM-X650 imprimiu o molde para uma determinada área do compartimento do foguete. É composto por uma liga de alumínio forte e leve. A otimização da topologia melhora o desempenho estrutural e a estrutura de treliça local é desenvolvida para eliminar peças extras e atender aos critérios de leveza. O molde foi usado com sucesso para fazer o segundo estágio do núcleo do foguete Chang Ba Jia, o que acelerou bastante o processo de produção.
Molde para troca e perda de calor
Os equipamentos aeroespaciais funcionam em condições muito adversas e os moldes de dissipação de calor têm padrões de desempenho muito rígidos. O molde da aleta de dissipação de calor de cobre puro feito pela Platinum Technology tem uma espessura gradiente de 0,5 mm a 1 mm. Isto, juntamente com a alta condutividade térmica do cobre puro, torna-o 40% mais eficiente na dissipação de calor do que os moldes típicos. As pessoas têm utilizado muito esse tipo de molde em locais como câmaras de empuxo de motores de foguetes e sistemas de controle térmico de satélites.
Fixação e remanufatura de moldes
Custa muito consertar desgastes de moldes ou rachaduras em equipamentos aeroespaciais depois de muito tempo de uso. Usando engenharia reversa, a impressão 3D de metal pode fazer cópias rapidamente de cavidades de moldes. Também pode corrigir danos locais usando a técnica de impressão por enxerto. Por exemplo, o sistema de enxerto automático para peças do sistema Platinum tem uma precisão de enxerto de 0,05 mm, o que reduz os custos de reparo pela metade em comparação com os métodos anteriores e acelera os ciclos de reparo em 70%.
3. Criar um ecossistema industrial: dos grandes avanços tecnológicos às grandes utilizações
O uso generalizado da impressão 3D de metal no negócio de moldes aeroespaciais é o resultado de novas ideias vindas do topo e da base da cadeia da indústria.
Novas ideias para ferramentas e materiais
Bolite e Huashu High Tech são duas empresas nacionais que lançaram diversas impressoras 3D de metal de nível industrial-que podem criar objetos enormes, multi{2}}materiais e de alta{3}}precisão. Por exemplo, a Platinum BLT-S1500 inclui um sistema de digitalização síncrona de 26-lasers que pode imprimir 10 vezes mais rápido que o equipamento de laser único-padrão e fabricar peças aeroespaciais com um diâmetro de 1,5 metros. A Xi'an Sailong Metal produziu pó esférico de liga de titânio que é 30% mais fluido, o que significa que pode ser impresso com mais precisão. O equipamento MT800H da AVIC Maite pode imprimir ligas de alta temperatura à base de níquel-para atender às necessidades dos componentes quentes do motor.
Definindo padrões e otimizando processos
O setor aeroespacial tem critérios muito elevados para a qualidade dos moldes e precisa definir diretrizes rígidas sobre como os processos são executados. Por exemplo, a biblioteca de processos inteligentes da Platinum Technology combina mais de 100.000 conjuntos de parâmetros de materiais e facilita a localização da melhor solução de impressão com apenas um clique. A solução de impressão 3D de metal de nível industrial-criada pela Huashu High Tech e Siemens usa análise de acoplamento de campo multi-físico para encontrar o melhor caminho de impressão e reduzir o risco de deformação. Além disso, as empresas nos EUA estão ativamente envolvidas na criação de normas internacionais como ISO/ASTM, que incentivam o uso da tecnologia de forma padronizada.
Novas formas de prestar serviços
As empresas de impressão 3D de metal estão mudando de “fornecedores de equipamentos” para “prestadores de serviços de ciclo de vida completo”. Por exemplo, Bolite usa uma plataforma IoT para alertar os clientes sobre problemas de equipamentos, diagnosticá-los à distância e enviar-lhes peças. Seus clientes vêm de setores como aeroespacial e automotivo. A Huashu High Tech criou um modelo de entrega{4}} completo-de "hardware+software+serviços" para ajudar os clientes a superar desafios técnicos.