Cómo la fabricación aditiva está mejorando la industria aeroespacial

Desde los primeros días de la fabricación aditiva, los proveedores de hardware y materiales de impresión 3D han identificado a la industria aeroespacial como un objetivo importante para sus productos. Las aeronaves, como sistemas altamente complejos con una diversa gama de piezas, se beneficiarán de los desarrollos de vanguardia en herramientas y materiales de producción, especialmente aquellos que pueden reducir el peso o aumentar la resistencia de los componentes. Algunos procesos de impresión 3D afirman hacer ambas cosas.

Desafortunadamente, eso no significa que la industria aeroespacial haya adoptado la fabricación aditiva más rápido que otras industrias. De hecho, dado que las aeronaves y sus innumerables componentes deben, por razones obvias, someterse a los procedimientos de certificación y prueba más rigurosos, en realidad pueden pasar años o décadas antes de que un componente aeroespacial impreso en 3D pase del concepto a la implementación. La tecnología está ahí, pero no el conocimiento que proviene de años de pruebas y observación. Por lo tanto, es mucho más fácil implementar la fabricación aditiva en industrias de bajo riesgo donde hay menos vidas en juego.

Pero si bien la implementación de productos aeroespaciales impresos en 3D puede ser lenta, las piezas que han logrado la calificación ya están teniendo un gran impacto en la industria. Desde cosas simples como paredes interiores de cabina impresas en 3D hasta piezas absolutamente críticas como componentes de motor de metal fabricados aditivamente, AM sin duda está comenzando a despegar en una de las industrias más lucrativas y aceleradas del mundo.

Este artículo describe solo algunas de las formas en que la AM se usa y se usará en la industria aeroespacial.

Optimización de peso ligero y fuerza

La fabricación aditiva y la fabricación sustractiva difieren en muchos aspectos, y la elección entre la impresión 3D y las alternativas tradicionales a menudo presenta un dilema. Sin embargo, una de las diferencias clave entre los dos enfoques es su capacidad respectiva para dar forma a la geometría interior de una pieza.

La impresión 3D es increíblemente útil en industrias como la aeroespacial porque permite a los ingenieros fabricar componentes con interiores parcialmente huecos que utilizan patrones geométricos complejos para maximizar su resistencia interna sin agregar peso. Dado que las impresoras 3D construyen piezas desde "abajo hacia arriba", se pueden usar para crear estructuras en forma de celosía dentro de piezas como componentes metálicos de motores o particiones de cabinas de plástico. Sería imposible hacerlo mediante procesos tradicionales como el moldeo (porque el material líquido llena toda la cavidad) o el mecanizado (porque la herramienta de corte no puede llegar al interior sin penetrar en el exterior).

Es difícil exagerar la importancia de estas estructuras reticulares. Al construir un avión, cada gramo de peso es un obstáculo para lograr la máxima eficiencia, pero la impresión 3D permite reducir significativamente la masa de un componente construyéndolo con un interior parcialmente hueco con estructura de celosía. Los hilos entrelazados y fibrosos de la red se pueden organizar de una manera matemáticamente optimizada para maximizar la resistencia y reducir la tensión, lo que garantiza que la parte liviana sea tan fuerte, si no más, que una alternativa completamente sólida. Más importante aún, el espacio entre esos hilos no tiene peso, lo que significa que se reduce la masa total de la pieza.

Hay muchos ejemplos de empresas aeroespaciales que utilizan la impresión 3D para crear piezas ligeras. En 2011, los investigadores de HRL Laboratories, propiedad de Boeing, anunciaron el desarrollo de un metal que creían que era el "material más ligero del mundo", cuya densidad de solo 0,9 mg/cc lo hacía unas 100 veces más ligero que la espuma de poliestireno. “El truco consiste en fabricar una red de tubos huecos interconectados con un espesor de pared de 100 nanómetros, 1000 veces más delgado que un cabello humano”, explicó Tobias Schaedler, uno de los investigadores.

A medida que los investigadores continúan explorando las posibilidades de las estructuras de celosía impresas en 3D ligeras, las empresas aeroespaciales se involucrarán cada vez más con la fabricación aditiva con el fin de optimizar la fuerza y ​​el peso ligero.

Prototipos y repuestos

Una de las mayores ventajas de la fabricación aditiva, en cualquier industria, es su capacidad para fabricar piezas internamente y bajo demanda. Las impresoras 3D se pueden configurar en cualquier lugar y pueden funcionar en gran medida de forma autónoma, lo que significa que los plazos de entrega de las piezas impresas en 3D son muy cortos. Debido a esto, las empresas aeroespaciales pueden fabricar rápidamente nuevas iteraciones de una pieza para pruebas inmediatas, lo que en última instancia acorta el proceso de I+D y permite que las piezas se completen antes.

La creación de prototipos más rápida es, por lo tanto, uno de los principales usos de la fabricación aditiva en la industria aeroespacial, y los resultados han sido probados:según el gigante de la fabricación aditiva Stratasys, el uso de la impresión 3D interna para prototipos aeroespaciales puede generar un ahorro de tiempo de alrededor del 43 %. en comparación con el moldeo por inyección y las herramientas CNC y alrededor del 75 % en comparación con el corte por láser 2D.

Otra área en la que la industria aeroespacial se beneficiará de la fabricación aditiva es el mantenimiento del inventario. El avión comercial promedio se compone de alrededor de 4 millones de componentes, no todos fabricados por los mismos fabricantes. Esto significa que los proveedores de aeronaves deben mantener un gran inventario de repuestos en caso de que un avión necesite reparación. Comprar esos repuestos tiene un costo importante, al igual que adquirir los bienes inmuebles para almacenarlos todos.

Las impresoras 3D pueden proporcionar una solución increíblemente útil en esta área. Al mantener una impresora 3D en el sitio, las empresas aeroespaciales pueden, en lugar de llenar almacenes gigantes con millones de costosas piezas de repuesto, simplemente mantener una biblioteca digital de piezas de repuesto en un formato imprimible como STL. De esta forma, las empresas pueden imprimir las piezas en 3D solo cuando sea necesario. Esta táctica de usar bibliotecas digitales de piezas de repuesto se está adoptando gradualmente en muchas industrias y llevará décadas implementarla a gran escala, pero la industria aeroespacial podría ser una de las mayores beneficiarias.

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