За прошедшие годы было доказано, что аэрокосмическая промышленность является одним из самых быстрорастущих приложений для 3D-печати во всем мире. Многообразие разновидностей, небольшие партии и сложные структуры — уникальные характеристики продукции аэрокосмической отрасли. Острые потребности в легкой, недорогой и быстрой разработке полностью совместимы с характеристиками 3D-печати, такими как высокая степень свободы и быстрое формование. Некоторые производители самолетов могут даже воспользоваться коротким временем простоя, чтобы модернизировать свои самолеты, создать цифровые запасы для обслуживания стареющих самолетов и использовать передовые технологии производства для создания самолетов следующего поколения. Например, большой самолет C919, производимый в моей стране, спроектирован и испытан с применением большого количества технологий 3D-печати.
Давайте подробнее рассмотрим, почему авиационная промышленность использует 3D-печать, и посмотрим, как эти общие преимущества можно использовать при производстве самолетов:
Интеграция частей
Самое слабое место в сборке деталей — это место их сборки. В случае с самолетами такая слабость может стать критической точкой отказа, ставящей под угрозу человеческую жизнь.
Благодаря включению нескольких компонентов детали в одну 3D-печатную сборку количество точек сборки обязательно уменьшается. Уникальная геометрия, ставшая возможной благодаря 3D-печати, может уменьшить то, что обычно состоит из десятков или сотен деталей, до нескольких или одной детали. Отсутствие сварки, заклепок или других крепежных элементов, необходимых для скрепления деталей, не только упрощает сборку, но и снижает количество потенциальных точек отказа.
Чем больше объединенных компонентов, тем больше экономия. Если некоторые детали закрепляются после сборки, это может дать возможность интегрировать конструкцию. Сложность в аддитивном производстве часто свободна, и самые успешные детали максимально используют эту аксиому. Преимущества интеграции частей в основном включают следующее:
Сокращенная сборка: это включает сокращение рабочей силы, запасов, приспособлений/инструментов и производственных площадей, предназначенных для конечного продукта. Также сокращается количество проверок при сборке, что значительно снижает вероятность ошибок при сборке.
Меньше точек отказа: долгосрочные затраты на техническое обслуживание сокращаются, а запас запасных частей может быть уменьшен. При необходимости замена небольшими партиями может производиться быстро и с минимальными затратами.
Снижение эксплуатационных расходов: благодаря аддитивному производству оптимизация деталей за счет свободы проектирования улучшает характеристики продукта, позволяя вносить улучшения, такие как снижение веса детали и улучшение тепловых характеристик.
Lлегковес
Для оборудования, используемого в полете, «граммы золота», и каждый килограмм потери веса может сэкономить сотни тысяч юаней на затратах. Более легкие компоненты означают меньше топлива, что не только снижает углеродный след полета, но и снижает стоимость полета.
3D-печать продолжает внедрять инновации на основе традиционных производственных материалов. В тех же конструкционных деталях составы материалов для 3D-печати с лучшими характеристиками используются для создания более легких конечных деталей. В сочетании с легкими конструкциями, такими как интеграция компонентов, оптимизация топологии 3D-печати и решетчатые структуры, это особенно полезно для легкой конструкции самолета, делая ее более функционально плотной.
Расширенная свобода дизайна
Многие люди, работающие в области аддитивного производства, любят заявлять, что эта технология предлагает большую «свободу проектирования», потому что впервые могут быть достигнуты сложные геометрические формы, которые не могут быть получены с помощью других производственных процессов.
В прошлом компоненты очень сложной конструкции были трудны или очень дороги в производстве, или вообще не могли быть изготовлены. Используя процессы аддитивного производства, можно относительно просто производить очень сложные двумерные или трехмерные металлические детали, и это жизнеспособный способ создания цельных структурных компонентов, состоящих из сплошных и сетчатых деталей.
Методы проектирования, такие как оптимизация топологии и генеративный дизайн, эффективно помогли 3D-печати разработать новые формы, о которых раньше никто не думал. Эти сложные решетчатые конструкции не только снижают вес за счет включения материала только там, где это необходимо, но также часто прочнее, чем традиционные конструкции. Хотя определенные ограничения все еще существуют и могут варьироваться в зависимости от используемой техники 3D-печати и материалов, эти ограничения во многих отношениях гораздо менее строгие, чем те, которые наблюдаются в традиционных субтрактивных производственных процессах. Новые детали интерьера и экстерьера самолета могут быть разработаны для замены устаревших оригинальных деталей, а более гибкие дизайнерские приемы позволяют добавить экстремальную функциональность.
Итерация быстрого прототипирования
Название оригинального использования 3D-печати — быстрое прототипирование. От эскизных идей до проектов САПР и первых прототипов, а затем второго, третьего и так далее — 3D-печать ускоряет вывод новых продуктов на рынок. На изготовление лопаток турбины по традиционной технологии уходит около полугода от проектирования до изготовления, а на изготовление пресс-формы уходит около полугода. Тем не менее, использование технологии 3D-печати может обеспечить быстрый оборот и итерацию в течение нескольких дней или недель.
Мелкосерийное производство
В аэрокосмической промышленности относительно мало самолетов производится с точки зрения общего объема производства по сравнению с производством автомобилей или электроприборов.
Мелкосерийное производство с высокой стоимостью хорошо подходит для 3D-печати. В то время как многие традиционные производственные процессы требуют изготовления дорогостоящих инструментов и форм, создавая экономию за счет масштаба для массового производства, аддитивное производство устраняет необходимость в формах. За один раз можно изготовить одну или несколько деталей, в том числе разные конструкции на одной сборочной плите, без дополнительных затрат на литье или инструменты.
Точка перегиба между аддитивным производством и традиционным производством обычно требует изготовления сотен или тысяч деталей до тех пор, пока традиционные технологии не станут более рентабельными, и хотя это может в конечном итоге снизить стоимость каждой детали, изготовленной литьем под давлением, до копеек, до этого пересечения точка, 3D-печать будет более рентабельной. Экономия материала особенно важна при использовании дорогостоящих прикладных материалов.
Dцифровой инвентарь
Когда срок службы самолета подходит к концу, его часто можно спасти, заменив определенные детали, чтобы он продолжал летать. Обычный способ сделать это — использовать физические склады, где запасные части размещаются на полках по мере необходимости. В большинстве случаев эти запасные части производятся одновременно с оригинальными серийными деталями OEM и зарезервированы для замены изношенных деталей. Но если такая потребность никогда не возникнет, они тратят не только время и деньги на их производство, но и годы их простоя на полках. Хуже того, если спрос придет, запасных частей нет на складе, особенно тех, которые сняты с производства навсегда - недостающая даже небольшая деталь может поставить самолет на землю.
Вместо того, чтобы физически размещать предметы на полках, цифровой подход к инвентаризации хранит файлы дизайна, которые можно распечатать в 3D. Те части, которые необходимо заменить, могут быть изготовлены в любом месте и в любое время с использованием соответствующих технологий 3D-печати, опять же без необходимости предварительного изготовления дорогостоящих форм или инструментов. Вместо того, чтобы ждать, пока OEM-производители задержатся, тем самым снизив нагрузку на физические запасы, а также продлив срок службы, чтобы он не смог летать из-за небольшой детали.
Летайте выше и дальше с 3D-печатью
Производство самолетов, от прототипов до запасных частей, все больше выигрывает от использования 3D-печати в цепочке поставок. Децентрализованное производство, новые возможности проектирования и сокращение времени, материалов и затрат открывают новые возможности для самолетов, чтобы продолжать летать высоко.
Производственный процесс с добавленной стоимостью заменяет традиционное производство, что может снизить затраты на пресс-формы и добиться снижения затрат и повышения эффективности во многих аспектах. Материалы для 3D-печати являются материальной основой для развития технологии 3D-печати, а металлы, керамика и композитные материалы являются новыми направлениями в области 3D-печати. Согласно отраслевой статистике, опубликованной Wohlers Associates Inc, в последующих отраслях 3D-печати наибольшая доля приходится на автомобильную промышленность, бытовую электронику и аэрокосмическую промышленность, а металлы, керамика и композитные материалы станут «переломным моментом». Материалы для 3D печати.
На фоне плана «Сделано в Китае 2025» 3D-печать стала основным направлением продвижения интеллектуального производства в моей стране, а аэрокосмическая промышленность — одной из важных областей применения аддитивного производства. В настоящее время в аэрокосмической области в стране и за рубежом постоянно появляются самолеты с большим числом Маха и высокой маневренностью, которые становятся одним из основных направлений развития аэрокосмических аппаратов следующего поколения. Его конструктивные требования выдвигают более высокие требования к проектированию и производственным процессам. Большинство компонентов имеют характеристики большого размера, сложной формы и множественной структуры. Технология 3D-печати имеет большие преимущества при комплексном изготовлении крупногабаритных деталей, изготовлении деталей специальной формы и сложной конструкции, а также при изготовлении конструкционных деталей по индивидуальному заказу.
JR может предоставить вам дизайн, процесс 3D-печати, постобработку, обработку с ЧПУ и другие комплексные услуги. В настоящее время он сотрудничает со многими научно-исследовательскими институтами, университетами и предприятиями в области аэрокосмических приложений и стремится предоставить комплексное решение для непрямой 3D-печати металлом с высокой производительностью, легкостью и тонкой микроструктурой.