Аддитивное производство (AM) постепенно внедряется в основное производство, но для того, чтобы более полно интегрироваться для использования в конечных частях, особенно в аэрокосмической промышленности, но все же есть еще некоторые проблемы, которые необходимо решить. Одной из этих проблем является повторяемость.

Stratasys объявила на Парижском авиасалоне в 2017 году, что она находится на пути к обеспечению согласованности внутри частей, напечатанных с использованием своей флагманской технологии, сплавленного моделирования осаждения (FDM). С изменениями в своей системе Fortus 900 и материале ULTEM 9085 компания представила продукты, которые в настоящее время тестируются на сертификацию и использование в аэрокосмической промышленности по стандартам Федеральной авиационной ассоциации (FAA).

В сочетании с этой новостью Stratasys также объявила, что компания Boom Supersonic была выбрана в качестве партнера для использования технологии Stratasys в разработке своего сверхзвукового самолета, цель которого - покорить небо в 2018 году.

ENGINEERING.com поговорил с Скоттом Севциком, главой аэрокосмической, оборонной и автомобильной промышленности в Стратасисе, который пролил свет эти объявления и что они означают для 3D-печати в аэрокосмической промышленности.

3D-печать и сверхзвуковой воздушный транспорт

Созданный на базе Денвера Boom Supersonic находится в процессе разработки авиалайнера Mach 2.2, который, как надеется компания, будет достаточно экономичным для работы с тарифами бизнес-класса. Boom планирует начать свой первый бум в 2018 году с помощью сверхзвукового демонстратора XB-1, который, по мнению компании, будет способен летать в 2,6 раза быстрее, чем любой другой самолет на рынке.

Чтобы соответствовать быстрому графику разработки, Boom подписала трехлетнее соглашение с Stratasys и развернет системы FDM Fortus 450mc и Stratasys F370. Эти машины будут использоваться для ускорения производства оснастки и комплектующих деталей самолетов.

«Boom запускает очень амбициозную программу по возвращению сверхзвуковых воздушных потоков в массы», - сказал Севчик. «Они собираются построить очень быстрый самолет и очень быстрый график разработки. Партнерство с нами и доступ к 3D-печати для прототипирования, оснастки и производственных приложений - это способ, который они выбрали, чтобы помочь ускорить процесс доведения своей машины до небес».

Летающий со скоростью до 451 миль в час, XB-1 будет несколько быстрее, чем Concorde, который пролетел на 1,354 мили в час и сократил время в пути от Нью-Йорка до Лондона с семи часов до чуть более трех. Принимая во внимание, что Concorde был снят с эксплуатации из-за затрат, необходимых для его полета и поддержания, Блейк Шолл, основатель и главный исполнительный директор Boom, считает, что современные достижения сделали сверхзвуковой полет более выполнимым.

«Сверхзвуковой полет существует уже более 50 лет, но технологии не существовало, чтобы сделать его доступным для обычных коммерческих поездок. Сегодняшние значительные успехи в области аэродинамики, проектирования двигателей, производства присадок и композитных материалов из углеродного волокна превращают отрасль на всех уровнях. Производство добавок помогает ускорить разработку нового поколения самолетов », - сказал Шолл.

3D-печать FDM для аэрокосмической промышленности

Трехмерная печать была использована в аэрокосмической промышленности с момента ее создания. Севчик отметил, что у Стратасиса есть один аэрокосмический клиент на протяжении 30 лет. В течение этого времени AM и его приложения неуклонно продвигались вперед, начиная с метода создания быстрых прототипов для изготовления вспомогательных средств и наконец, конечных частей.

Севцик разработал каждое из этих приложений, объяснив, что прототипирование с помощью FDM позволяет инженерам понять внешний вид, подгонку, ощущение и функционирование детали, например, поместить 3D-печатную модель через тестовое туннельное тестирование, прежде чем сделать следующий шаг для Массового производства.

FDM также все чаще используется для производства низкоуровневых пользовательских инструментов на заводе. К ним относятся приспособления, направляющие для сверла и контрольные датчики, которые упрощают сборку и процесс производства. «Во многих случаях для каждой операции и сборки требуется собственная установка, собственный комплект светильников, чтобы успешно выполнять процедуру сборки и это может быть невероятно дорого», - сказал Севчик.

Хотя 3D-печать часто пропагандируется как средство массового производства партий индивидуализированных пользовательских элементов (процесс, называемый «массовая настройка»), Севцик сказал, что массовая настройка может не обязательно требовать, чтобы эти части были напечатаны напрямую. Вместо этого сама оснастка может быть настроена с помощью 3D-печати, прежде чем другие производственные методы будут использованы для получения конечной части.

Посредством трехмерной печати инструментария «вы можете приступить к созданию более разных инструментов и настройке тех частей, которые вы производите, создания уникальных деталей для разных клиентов или уникальных деталей, удовлетворяющих конкретным приложениям», - сказал Севцик. «Реальная ценность - это сделать больше за меньшее. Представьте возможность для массовой настройки вместо того, чтобы полагаться на экономику массового производства ».

Это распространяется на составные инструменты, которые необходимы для выполнения дорогостоящего и трудоемкого процесса укладки углеродного волокна. По словам Севчика, традиционная оснастка для такого приложения может стоить от 60 000 до 80 000 долларов США и занять три или четыре месяца. Тем не менее, при трехмерной печати инструментария для трехмерной печати может потребоваться всего несколько дней, что может стоить всего несколько тысяч долларов.

Детали для 3D-печати для аэрокосмической промышленности

Как видно из приобретения GE Concept Concept и Laser Arcam, трехмерная печать становится достаточно зрелой для создания конечных деталей при использовании в самолетах. В то время как GE Additive сосредоточилась на металлах, Stratasys анонсировала на Парижском авиасалоне, что производительность пластмасс почти готова к выпуску торцевых деталей.

«Детали, которые летают сегодня, в основном некритичны», - сказал Севчик. «У нас есть первоначальная квалификация для внутренних деталей кабины самолета, которые предназначены для несанкционированного доступа. Это некритические детали, которые выполняют функцию маршрутизации кабелей или обеспечивают крышки или воздуховоды».

Одним из вопросов, который препятствовал следующему шагу в направлении внедрения 3D-печати для производства пластмассовых деталей для использования в самолетах, является последовательность и надежность, особенно вдоль оси Z печатных деталей. «У нас есть очень сильные материалы, - объяснил Севчик. «То, что было необходимо в отрасли, более согласовано с механическими свойствами - с большой уверенностью, что Z-сила будет одинаковой каждый раз».

Чтобы решить эту проблему, Stratasys изменила свой 3D-принтер Fortus 900 и его материал ULTEM 9085, полиэфиримидный термопластик, получивший ряд аэрокосмических сертификатов за высокую термостойкость и прочность. В результате машина, получившая название Fortus 900mc Aircraft Interiors Certification Solution, и материал может продемонстрировать механические свойства, достаточно прочные для потенциального использования в интерьерах самолетов.

«Мы действительно глубоко погрузились в процесс для одной из самых последовательных, повторяемых систем 3D-печати там, Fortus 900 и посмотрели, что является движущей изменчивостью», - сказал Севчик. «Затем мы внесли изменения в процесс экструзии, как с точки зрения аппаратного, так и программного обеспечения. Способ, которым мы доставляем материал, изменился не резко, но таким образом, который позволяет нам уменьшить вероятность возникновения дефектов, которые приводят к изменчивости».

Чтобы квалифицировать процесс и материал, Stratasys сотрудничает с Национальным центром передовых материальных характеристик (NCAMP) в Национальном институте авиационных исследований. Stratasys затем поможет клиентам в квалификации Fortus 900mc Aircraft Interiors Certification Solution для эквивалентности с помощью статистического набора данных NCAMP.

«В течение 10 лет NCAMP имеет квалифицированные системы композитных материалов для использования в аэрокосмической промышленности для сертификации в FAA», - сказал Севчик. «Теперь, в первые, NCAMP квалифицирует процесс FDM в этой обновленной конфигурации Fortus 900 в соответствии с квалификационным процессом Composite Materials Handbook-17, так что будет стандартная спецификация материала, спецификация процесса и B-Basis Допустимый набор данных Чтобы использовать для сертификации».

Это означает, что после того, как новая конфигурация и материал будут квалифицированы, Stratasys сможет перенести ту же технологию на другие системы, такие как Infinite Build и Robotic Composite Demonstrators, которые были представлены в прошлом году. В свою очередь, было бы легче затем сертифицировать эти системы.

Новая конфигурация Fortus 900, по словам Севцика, уже находится в руках нескольких клиентов, которые производят тестовые купоны для программы B-Basis Allowable. «С завершением тестирования этим летом мы начнем предоставлять системы более широко, чтобы перейти на рынок. Части, изготовленные с этой конфигурацией, могут летать уже в этом году », - сказал Севчик.

После того, как процесс и материалы будут квалифицированы и сертифицированы, возможно, что пользователи смогут начать использовать технологию для трехмерных печатных компонентов для самолетов. Это позволит изготовить детали, которые отсутствуют на складе, а также создать пользовательские компоненты, которые могут отличать интерьер самолета. Благодаря оптимизации топологии, которая возможна только при 3D-печати, инженеры также смогут уменьшить вес детали, что в конечном итоге уменьшит вес самолета и повысит эффективность использования топлива.

Все эти преимущества, вероятно, будут полезны для самолета, такого как XB-1 от Boom. Также важно, чтобы самолет летал быстро, также важно, чтобы он делал это эффективно. Если Boom может использовать FDM для изготовления легких деталей, он сможет улучшить эффективность использования топлива и снизить цену билета. В этот момент сверхзвуковое воздушное путешествие действительно могло уже начать взлетать.

Чтобы узнать больше о Stratasys и Boom, ознакомьтесь с их сайтами.

Источник: 3D Print Soften