Ventajas técnicas de la impresión 3D en el campo aeroespacial

Como tecnología representativa típica en el campo de fabricación de la tercera revolución industrial, el desarrollo de la impresión 3D siempre ha atraído la atención generalizada de todos los ámbitos de la vida. La tecnología de fabricación aditiva de alto rendimiento de metal (tecnología de impresión 3D de metal) es considerada por los expertos de la industria como una rama de desarrollo difícil y de alto estándar en el campo de la impresión 3D, y desempeña un papel fundamental en la fabricación industrial. Antarctic Bear también ha estado prestando atención al desarrollo de la impresión 3D de metal. Hoy en día, las empresas de fabricación industrial de todo el mundo están investigando y desarrollando vigorosamente la tecnología de fabricación de aditivos de metales, especialmente las empresas de fabricación aeroespacial, incluso gastando una gran cantidad de recursos financieros y materiales para aumentar los esfuerzos de investigación y desarrollo para asegurar su liderazgo tecnológico.

En el contexto de la estrategia de retorno de fabricación de EE. UU. Y la 4,0 de la industria alemana, el entorno internacional también proporciona a la impresión 3D una nutrición indispensable para su crecimiento. Ya sea el Centro Nacional de Fabricación Aditiva recientemente establecido en los Estados Unidos o el Comité de Estrategia de Tecnología Británica, la industria aeroespacial es el área de aplicación principal para la tecnología de fabricación aditiva. En Octubre de 2012, Lu Yongxiang, ex Presidente de la Academia China de Ciencias y Vicepresidente de la Asamblea Popular Nacional, dejó en claro que la tecnología 3D de China también se aplicará por primera vez en el campo aeroespacial.

Como la perla brillante en la corona de la industria, el campo de fabricación aeroespacial integra todas las tecnologías de alta tecnología de un país, Y es el campo de garantía de respaldo donde se puede implementar el plan estratégico nacional y mostrar la situación política. Como una nueva tecnología de fabricación, la tecnología de metal 3D tiene ventajas de aplicación sobresalientes en el campo aeroespacial y beneficios de servicio obvios. Se refleja principalmente en los siguientes aspectos:

(1) Acortar el ciclo de investigación y desarrollo de nuevos equipos aeroespaciales

La tecnología aeroespacial es un símbolo de la fuerza de la defensa nacional y una manifestación de la política nacional. La competencia entre países del mundo es extremadamente feroz. Por lo tanto, todos los países quieren intentar desarrollar armas y equipos más nuevos a una velocidad más rápida para hacerse invencibles en el campo de la defensa nacional. La tecnología de impresión 3D de metal acorta enormemente el proceso de fabricación de piezas metálicas de alto rendimiento, especialmente piezas estructurales grandes de alto rendimiento. No hay necesidad de desarrollar moldes utilizados en el proceso de fabricación de piezas, lo que acortará en gran medida el desarrollo del producto y el ciclo de fabricación.

Li Daguang, profesor del Departamento de Logística Militar y Equipo de Ciencia y Tecnología Militar DE LA Universidad de Defensa Nacional, dijo que en las décadas de 1980 y 1990, se necesitarían al menos 10-20 años para desarrollar una nueva generación de aviones de combate. La ventaja más destacada de la tecnología de impresión 3D es que no requiere mecanizado ni moldes, las partes de cualquier forma se pueden generar directamente a partir de datos gráficos de computadora, por lo que si se utiliza la tecnología de impresión 3D y otras tecnologías de la información, se puede desarrollar un nuevo avión de combate en al menos tres años. Junto con la alta flexibilidad, el alto rendimiento y las características de la tecnología de fabricación flexibles, así como la creación rápida libre de prototipos de piezas complejas, la impresión 3D de metal brillará en el campo aeroespacial y proporcionará un fuerte soporte técnico para la fabricación de equipos de defensa.

La parte de la brida central en el avión doméstico grande C919 es una aplicación típica de la tecnología de impresión 3D de metal en el campo de la aviación. Esta parte estructural tiene más de 3 metros de largo, y es la parte estructural aeroespacial más larga producida por la impresión 3D de metal en el mundo. Si se utiliza el método de fabricación tradicional, esta parte debe forjarse mediante una prensa de gran tonelaje, que no solo requiere mucho tiempo y requiere mucha mano de obra. Pero también desperdicia materias primas. En la actualidad, no hay equipos en China que puedan producir piezas estructurales a gran escala.

Por lo tanto, para garantizar el proceso de desarrollo y la seguridad de la aeronave, debemos ordenar esta parte del extranjero, y el ciclo de vida desde el pedido hasta la instalación es tan largo como más de 2 años, lo que dificulta seriamente el progreso de la investigación y el desarrollo de aviones. La tira de brida central impresa por la tecnología de impresión 3D de metal tardó aproximadamente un mes en desarrollarse, y su resistencia estructural alcanzó o incluso excedió el estándar para forjados, que cumplían plenamente con los estándares de aviación. El uso de la tecnología de impresión 3D de metal ha acortado en gran medida el desarrollo de los aviones grandes de mi país, lo que permite que el trabajo de desarrollo se desarrolle sin problemas.

(2) Mejore la tasa de utilización de los materiales, ahorre materiales estratégicos costosos y reduzca los costos de fabricación

Y esto es solo un microcosmos de la aplicación de la tecnología de impresión 3D de metal en el campo aeroespacial.

La mayoría de los campos de fabricación aeroespacial utilizan materiales estratégicos costosos, como materiales metálicos difíciles de procesar, como aleaciones de titanio y superaleaciones a base de níquel. La tasa de utilización de los materiales en los métodos de fabricación tradicionales es muy baja, generalmente no más de 10%, o incluso solo 2% 5%. El enorme desperdicio de materiales también significa que los procedimientos de mecanizado son complicados y el período de tiempo de producción es largo. Si es una parte técnica que es difícil de procesar, el ciclo de procesamiento aumentará considerablemente y el ciclo de fabricación se extenderá significativamente, lo que resultará en un aumento en los costos de fabricación.

La tecnología de impresión 3D de metal, como tecnología de formación de red cercana, se puede poner en uso con solo una pequeña cantidad de procesamiento de seguimiento, y la tasa de utilización de los materiales ha alcanzado 60%, A veces incluso llegando a más de 90%. Esto no solo reduce los costos de fabricación y ahorra materias primas, sino que también se ajusta a la estrategia de desarrollo sostenible propuesta por el país.

En un simposio celebrado por la Academia China de Ciencias en 2014, el profesor Wang Huaming DE LA Universidad de Beihang dijo una vez que China Ahora puede imprimir el marco de la ventana de vidrio de la cabina del avión C919 en solo 55 días. Wang Huaming también dijo que una empresa europea de fabricación de aviones dijo que les tomaría al menos 2 años producir lo mismo. y costaría 2 millones de dólares estadounidenses fabricar el molde solo. Sin embargo, el uso de China de la tecnología de impresión 3D no solo acorta el ciclo de producción, mejora la eficiencia, sino que también ahorra materias primas, lo que reduce en gran medida los costos de producción.

(3) Optimizar la estructura de las piezas, reducir el peso, reducir la concentración de estrés y aumentar la vida útil

Para las armas y equipos aeroespaciales, la reducción de peso es un tema eterno. No solo puede aumentar la flexibilidad del equipo de vuelo durante el vuelo, sino también aumentar la capacidad de carga, ahorrar combustible y reducir el costo de vuelo. Sin embargo, el método de fabricación tradicional ya ha maximizado la reducción de peso de las piezas y no es realista ejercer aún más la capacidad de repuesto.

Sin embargo, la aplicación de la tecnología 3D puede optimizar la estructura de piezas complejas. Bajo la premisa de garantizar el rendimiento, la estructura compleja se puede transformar y rediseñar en una estructura simple, reduciendo así el peso. Además, al optimizar la estructura de las piezas, el estrés de las piezas se puede presentar en la distribución más racional, reduciendo el riesgo de grietas por fatiga, aumentando así la vida útil. Realice el control de la temperatura a través de la estructura del canal de flujo interno razonable y complejo, para optimizar el diseño y el uso deMateriales DLP(Liqcreate cera moldeable yModelo premium liqcreate), O realizar un moldeo libre arbitrario de diferentes partes a través de la composición de materiales, para cumplir con los estándares de uso.

El tren de aterrizaje de un avión de combate es una parte clave que soporta alta carga y alto impacto, lo que requiere piezas con alta resistencia y alta resistencia al impacto. El tren de aterrizaje fabricado por tecnología 3D en el avión de combate estadounidense F16 no solo cumple con los estándares de uso, sino que también tiene una vida media de 2,5 veces la del original.

(4) Reparación y formación de piezas

Además del uso de la tecnología de impresión 3D de metal en la producción y fabricación, su valor de aplicación en la reparación de piezas metálicas de alto rendimiento no es de ninguna manera menor que su fabricación en sí. En lo que respecta a la situación actual, el potencial de la tecnología de impresión 3D de metal en la configuración de la reparación es incluso mayor que su fabricación.

Tome como ejemplo las partes de blisk de turbina integral de alto rendimiento. Cuando se daña una determinada pala en el disco, se desechará toda la turbina y la pérdida económica directa vale más de un millón. En comparación con el pasado, este tipo de pérdida puede ser irreparable y desgarrador, pero basado en las características de la impresión 3D capa por capa de fabricación, solo necesitamos considerar la cuchilla dañada como un sustrato especial, y realizar la formación tridimensional láser en la parte dañada, la forma de la parte puede ser restaurada, Y el rendimiento cumple con los requisitos de uso, incluso más alto que el del material base. Debido a la capacidad de control del proceso de impresión 3D, el impacto negativo de su reparación es muy limitado.

De hecho, las piezas impresas en 3D son más fáciles de reparar y combinan mejor. En comparación con otras tecnologías de fabricación, en el proceso de reparación 3D, debido a la brecha entre el proceso de fabricación y los parámetros de reparación, es difícil mantener la consistencia del área de reparación y el sustrato en términos de tejido, composición y rendimiento. Pero este problema no existe al reparar partes formadas en 3D. El proceso de reparación puede considerarse como una continuación del proceso de fabricación aditiva, y el área de reparación y el sustrato pueden lograr una coincidencia óptima. Esto realiza un círculo virtuoso en el proceso de fabricación de piezas, fabricación de bajo costo + Reparación de bajo costo = alto beneficio económico.

(5) Cooperar con la tecnología de fabricación tradicional y complementarse entre sí

La tecnología de fabricación tradicional es adecuada para la producción de productos en forma de gran volumen, mientras que la tecnología de impresión 3D es más adecuada para la fabricación de productos estructurales personalizados o refinados. Combinando tecnología de impresión 3D y tecnología de fabricación tradicional, cada uno se basa en sus puntos fuertes, ofrece un juego completo a sus respectivas ventajas y hace que la tecnología de fabricación sea más poderosa.

Por ejemplo, para las piezas que requieren un rendimiento de alta calidad en la superficie pero un rendimiento promedio en el centro, las técnicas de fabricación tradicionales se pueden utilizar para producir piezas de forma central, Y luego la tecnología de estereoformación láser se puede utilizar para formar directamente partes de la superficie en estas partes centrales. De esta manera, se producen piezas con alto rendimiento superficial y requisitos generales del centro, lo que ahorra la complejidad del proceso y reduce el proceso de producción. Esta combinación complementaria tiene un importante valor de aplicación práctica en la producción y fabricación de piezas.

Además, para los componentes con una estructura externa simple pero una estructura interna compleja, cuando la tecnología de fabricación tradicional se utiliza para fabricar la estructura compleja interna, el proceso es engorroso y los procedimientos de procesamiento posteriores son complicados, lo que da como resultado costos de producción y prolonga el ciclo de producción. El uso externo de la tecnología de fabricación tradicional y el uso interno de la tecnología de impresión 3D están directamente cerca de la forma neta, por lo que solo un pequeño número de procesos de seguimiento pueden completar la fabricación del producto. Esto acorta el ciclo de producción, reduce los costos y permite la combinación perfecta de la tecnología tradicional y la nueva tecnología para lograr la interoperabilidad y la complementariedad.

Como el campo de aplicación principal de la tecnología de impresión 3D, la industria aeroespacial tiene ventajas técnicas obvias, pero esto no significa que la impresión 3D de metal sea omnipotente. En la producción real, todavía hay muchos problemas por resolver en su aplicación técnica. Por ejemplo, en la actualidad, la impresión 3D no puede adaptarse a la producción en masa, no puede cumplir con los requisitos de alta precisión y no puede lograr una fabricación de alta eficiencia. Además, un factor clave que restringe el desarrollo de la impresión 3D es el alto costo de sus equipos, y la mayoría de los campos civiles no pueden permitirse costos de fabricación de equipos tan altos. Sin embargo, con el desarrollo continuo de la tecnología de materiales, la tecnología informática y la tecnología láser, los costos de fabricación continuarán disminuyendo para satisfacer la capacidad de la industria manufacturera de soportar los costos de producción. En ese momento, la impresión 3D iluminará su luz en el campo de la fabricación.