Ao longo dos anos, o setor aeroespacial provou ser uma das aplicações de impressão 3D de mais rápido crescimento em todo o mundo. Múltiplas variedades, pequenos lotes e estruturas complexas são as características únicas do produto aeroespacial. As necessidades urgentes de desenvolvimento leve, de baixo custo e rápido são altamente compatíveis com as características da impressão 3D, como alto grau de liberdade e moldagem rápida. Alguns fabricantes de aeronaves podem até aproveitar o breve tempo de inatividade para modernizar suas aeronaves, criar inventários digitais para manter aeronaves antigas e usar técnicas avançadas de fabricação para criar a próxima geração de aeronaves. Por exemplo, a grande aeronave C919 produzida internamente em meu país é projetada e produzida em teste por meio da aplicação de um grande número de tecnologias de impressão 3D.
Vamos dar uma olhada mais profunda em por que a indústria da aviação usa a impressão 3D e ver como essas vantagens comuns podem ser usadas na produção de aeronaves:
Integração de peças
O ponto mais fraco em uma montagem de peça é onde ela é montada. No caso de aeronaves, tal fragilidade pode se tornar um ponto crítico de falha, colocando em risco a vida humana.
Ao incorporar vários componentes de uma peça em uma única construção impressa em 3D, o número de pontos de montagem é necessariamente reduzido. As geometrias únicas possibilitadas pela impressão 3D podem reduzir o que normalmente teria dezenas ou centenas de peças para apenas algumas – ou uma única peça. Sem soldagem, rebitagem ou outros fixadores necessários para manter as peças unidas, não apenas a montagem é reduzida, mas também os possíveis pontos de falha.
Quanto mais componentes forem consolidados, maior será a economia. Se algumas peças forem fixadas após a montagem, pode ser uma oportunidade de integrar o projeto. A complexidade geralmente é gratuita na manufatura aditiva, e as peças mais bem-sucedidas exploram esse axioma o máximo possível. Os benefícios da integração de peças incluem principalmente o seguinte:
Montagem reduzida: Isso inclui redução de mão de obra, estoque, gabaritos/ferramentas e pegada de fabricação dedicada ao produto final. As inspeções de montagem também são reduzidas, reduzindo bastante a chance de erros de montagem.
Menos pontos de falha: Os custos de manutenção de longo prazo são reduzidos e o estoque de peças de reposição pode ser reduzido. Substituições de pequenos lotes podem ser feitas de forma rápida e econômica, se necessário.
Custos operacionais reduzidos: graças à manufatura aditiva, a otimização de peças por meio da liberdade de design melhora o desempenho do produto, permitindo aprimoramentos como redução de peso de peças e melhor desempenho térmico.
Lpeso leve
Para equipamentos usados em vôo, "gramas são ouro", e cada quilograma de perda de peso pode economizar centenas de milhares de yuans em custos. Componentes mais leves significam menos combustível, o que não apenas reduz a pegada de carbono do voo, mas também reduz o custo do voo.
A impressão 3D continua a inovar com base nos materiais de fabricação tradicionais. Nas mesmas peças estruturais, formulações de materiais de impressão 3D com melhor desempenho são usadas para criar peças finais mais leves. Combinado com estruturas leves, como integração de componentes, otimização de topologia de impressão 3D e estruturas de treliça, é especialmente benéfico para o design leve de aeronaves, tornando-o mais funcionalmente denso.
Liberdade de design aprimorada
Muitas pessoas que trabalham com manufatura aditiva gostam de afirmar que a tecnologia oferece grande "liberdade de design" porque, pela primeira vez, geometrias complexas que não podem ser produzidas por outros processos de fabricação podem ser alcançadas.
No passado, componentes com designs muito complexos eram difíceis ou muito caros de fabricar, ou não podiam ser fabricados. Usando processos de manufatura aditiva, peças metálicas bidimensionais ou tridimensionais altamente complexas podem ser produzidas de maneira relativamente simples, e esta é uma maneira viável de formar integralmente componentes estruturais que consistem em partes sólidas e de malha.
Métodos de design, como otimização de topologia e design generativo, ajudaram efetivamente a impressão 3D a desenvolver novas formas que nunca foram pensadas antes. Esses designs complexos de treliça não apenas economizam peso incorporando material apenas quando necessário, mas também são frequentemente mais fortes do que os designs tradicionais. Embora certas limitações ainda existam e possam variar dependendo da técnica de impressão 3D e dos materiais usados, essas limitações são, em muitos aspectos, muito menos severas do que as observadas nos processos tradicionais de fabricação subtrativa. Novas peças internas e externas de aeronaves podem ser projetadas para substituir peças originais antigas e truques de design mais flexíveis para adicionar funcionalidade extrema.
Iteração de prototipagem rápida
O nome do uso original da impressão 3D é prototipagem rápida. De ideias de esboço a projetos de CAD e primeiros protótipos - depois segundo, terceiro e assim por diante - a impressão 3D acelera o tempo de lançamento de novos produtos no mercado. Demora cerca de meio ano desde o projeto até a fabricação para fabricar pás de turbina com tecnologia tradicional, mas leva cerca de meio ano para fazer um molde. No entanto, o uso da tecnologia de impressão 3D pode alcançar retornos e iterações rápidos em dias ou semanas.
Produção em pequenos lotes
Na indústria aeroespacial, relativamente poucas aeronaves são produzidas em termos de produção total em comparação com a fabricação de automóveis ou aparelhos elétricos.
A produção de alto valor e baixo volume é adequada para impressão 3D. Embora muitos processos tradicionais de fabricação exijam ferramentas e moldes caros, criando economias de escala para produção em massa, a manufatura aditiva elimina a necessidade de moldes. Uma ou várias peças podem ser feitas de uma vez, incluindo designs diferentes na mesma placa de construção, sem custos adicionais de moldagem ou ferramentas.
O ponto de inflexão entre a manufatura aditiva e a manufatura tradicional geralmente requer a fabricação de centenas ou milhares de peças até que as tecnologias tradicionais se tornem mais econômicas e, embora isso possa reduzir o custo de cada peça moldada por injeção a centavos, não é até essa interseção ponto, a impressão 3D será mais econômica. Especialmente ao usar materiais de aplicação de alto valor, economizar material é imperativo.
Dinventário digital
Quando uma aeronave se aproxima do fim de sua vida útil, muitas vezes ela pode ser recuperada substituindo certas peças para mantê-la voando. A maneira convencional de fazer isso é por meio do uso de armazéns físicos, onde as peças de reposição são estocadas nas prateleiras quando necessário. Na maioria dos casos, essas peças de reposição são fabricadas ao mesmo tempo que as peças OEM originais produzidas em série e são reservadas para as necessidades de substituição de peças desgastadas. Mas se essa necessidade nunca surgir, eles estão perdendo não apenas o tempo e o custo de produzi-los, mas também anos deles parados nas prateleiras. Pior ainda, se a demanda vier, as peças de reposição ficarão sem estoque, especialmente aquelas que estão fora de produção para sempre - a falta de até mesmo uma pequena peça pode aterrissar o avião.
Em vez de colocar itens fisicamente nas prateleiras, a abordagem de inventário digital armazena arquivos de design que podem ser impressos em 3D. As peças que precisam ser substituídas podem ser fabricadas em qualquer lugar e a qualquer momento, usando técnicas de impressão 3D apropriadas, novamente sem a necessidade de moldes caros ou ferramentas a serem produzidas antecipadamente. Em vez de esperar que os OEMs atrasem, reduzindo assim a pressão sobre o estoque físico, ao mesmo tempo em que prolonga a vida útil do voo, para que não seja incapaz de voar por causa de uma peça pequena.
Voe mais alto e mais longe com a impressão 3D
A produção de aeronaves, desde protótipos até peças de reposição, está se beneficiando cada vez mais do uso da impressão 3D na cadeia de suprimentos. Produção descentralizada, novas possibilidades de design e reduções de tempo, materiais e custos estão proporcionando novas maneiras para as aeronaves continuarem voando alto.
O processo de fabricação de valor agregado substitui a fabricação tradicional, o que pode economizar custos de molde e alcançar redução de custos e aumento de eficiência em muitos aspectos. Materiais de impressão 3D são a base material para o desenvolvimento da tecnologia de impressão 3D, e metais, cerâmicas e materiais compostos estão surgindo no campo da impressão 3D. De acordo com estatísticas da indústria divulgadas pela Wohlers Associates Inc, nas indústrias de aplicação downstream de impressão 3D, a indústria automotiva, eletrônicos de consumo e aeroespacial representam a maior proporção, e metais, cerâmica e materiais compostos se tornarão o "ponto de inflexão" de Materiais de impressão 3D.
Sob o pano de fundo do plano "Made in China 2025", a impressão 3D tornou-se a principal linha de promoção da manufatura inteligente em meu país, e o setor aeroespacial é um dos campos de aplicação importantes da manufatura aditiva. Atualmente, no campo aeroespacial no país e no exterior, aeronaves de alto número Mach e alta manobrabilidade surgem infinitamente e se tornam uma das principais tendências de desenvolvimento da próxima geração de veículos aeroespaciais. Seus requisitos de design apresentam requisitos mais altos para processos de design e fabricação. A maioria dos componentes tem características de tamanho grande, forma complexa e estruturas múltiplas. A tecnologia de impressão 3D tem grandes vantagens na fabricação integrada de peças de grande porte, na fabricação de peças estruturais complexas e de formato especial e na fabricação de peças estruturais personalizadas em massa.
A JR pode fornecer design, processo de impressão 3D, pós-processamento, processamento CNC e outros serviços completos. Atualmente, tem cooperado com muitas instituições de pesquisa científica, universidades e empresas no campo de aplicação aeroespacial e está comprometida em fornecer uma solução geral para impressão 3D indireta de metal com microestrutura fina, leve e de alto desempenho.