Fabricación aditiva con composites en la industria aeroespacial y de defensa

Expansión industrial de la impresión 3D

En mi tiempo trabajando en varias industrias, he visto innumerables historias sobre la resolución aditiva de problemas de prototipos para empresas, especialmente para pequeñas empresas. En el ciclo de vida de fabricación de las pequeñas empresas, la capacidad de crear prototipos de componentes funcionales antes de seguir los pasos necesarios para aumentar la producción en masa es fundamental para el éxito.

Con los diversos materiales imprimibles de la actualidad, que van desde metales hasta compuestos y termoplásticos, más útiles que solo PLA, la impresión 3D permite pruebas funcionales y de ajuste para ingenieros, y realmente proporciona el medio de digitalización necesario para crear un caso comercial en las primeras etapas del desarrollo del producto. . No es necesariamente la pieza aditiva la que resuelve un problema por completo, sino la impresión 3D en general. La tecnología de impresión 3D enriquece tantos pasos cruciales en el proceso de diseño que hace que los problemas de producción sean más fáciles de resolver.

Creo que veremos un crecimiento de fabricación aditiva en herramientas:soportes y bisagras, soportes y ayudas de taller. En un futuro próximo veremos que la impresión 3D abarcará el espacio funcional de las piezas de uso final. Comenzó con PLA, que todos pueden imprimir en su garaje. Ahora, con empresas como Markforged que pueden imprimir compuestos y metales, estos materiales más fuertes y útiles abren una puerta completamente nueva para la fabricación aditiva.

La calidad y resistencia de los materiales disponibles para la impresión 3D cambia las opciones económicas y tecnológicas para todo tipo de empresas. Ahora, si se trata de una pieza de baja producción, la impresión 3D es más barata que ejecutar un molde o piezas CNC de una palanquilla. Esto realmente abre la puerta a un conjunto de nuevas industrias para adoptar la impresión 3D.

Por qué la Fuerza Aérea se está volviendo aditiva

Las aplicaciones directas para la impresión 3D en la fuerza aérea y el ejército también están creciendo. Hay dos áreas clave que se aplican directamente al uso de la fabricación aditiva por parte de los militares.

1. Producción de lotes pequeños: Para las aeronaves en las que trabajamos específicamente, no estamos fabricando cientos de miles de piezas, como lo haría con una pieza de producción. Las aplicaciones aeroespaciales y militares son en su mayoría series de producción pequeñas y, a veces, estas piezas se pueden producir en el campo dependiendo de la tecnología de fabricación aditiva disponible.

2. Fabricación distribuida: El poder de los aditivos también reside en sus propiedades distribuidas. Cuando las impresoras 3D se pueden colocar de forma económica en varias bases, si algo se rompe, no es necesario que envíe una pieza nueva desde el otro lado del mundo. No tiene que depender de una única fuente de producción con la fabricación aditiva. Varias impresoras en varias ubicaciones pueden crear piezas.

Debido a estos factores, veo que la fabricación aditiva está desarrollando un papel mucho más importante en las aplicaciones militares y aeroespaciales.

Herramientas aditivas para reparaciones de aeronaves envejecidas - MRO

La oficina de compuestos avanzados tiene la tarea de encontrar soluciones en diseño, análisis, ingeniería y reparación de compuestos, específicamente a través del Centro de Gestión del Ciclo de Vida, que cubre las reparaciones de aeronaves antiguas. A menudo, las herramientas originales de las aeronaves se han destruido o perdido, y podemos usar aditivos para hacer potencialmente nuevas herramientas para esas aeronaves con el fin de mantenerlas volando.

Uno de mis principales objetivos es desarrollar herramientas aditivas para que podamos hacer composites para esas aeronaves. Al fabricar piezas para un avión antiguo en el que ya no tenemos las herramientas o los datos CAD, a veces creamos un escaneo 3D de una pieza existente y luego retrocedemos desde allí para hacer un modelo que luego podemos imprimir en 3D y usar como un herramienta para esa parte.

Fabricación aditiva para herramientas compuestas

Cuando se trata de la oficina de compuestos avanzados, nos ha interesado la impresión 3D desde la perspectiva de los compuestos y cómo puede ayudar al proceso de fabricación. Actualmente, muchas empresas utilizan piezas impresas en 3D de Fused Deposition Modeling (FDM) a gran escala para las herramientas, pero tienen que colocar las piezas de la máquina después de que salen de la impresora antes de prepararlas para un laboratorio de compuestos. Esto significa que tienen que imprimir en 3D un dibujo CAD o un modelo CAD precisos, y luego colocarlo en una máquina CNC, volver a mecanizar y luego preparar para el laminado compuesto con una mezcla de selladores para hacerlo hermético al vacío y agentes de desmoldeo. Este es un paso, ponerlo en el CNC, que nos gustaría eliminar porque elimina muchas de las ventajas de las herramientas de fabricación aditiva.

Desde mi perspectiva, muchas de las ventajas de las herramientas de fabricación aditiva es que obtiene una pieza precisa para su diseño CAD de forma rápida y sencilla. Si tiene que maquinar ese molde antes de usarlo para hacer una pieza compuesta, también puede usar algún tipo de tabla de herramientas, que será mucho más barata y fácil de maquinar. Sin embargo, si podemos eliminar el paso posterior al mecanizado, puede ahorrar mucho tiempo y energía. Si producimos una pieza impresa en 3D con un acabado superficial hermético al vacío sin mecanizado posterior, lijado a mano o cualquier cosa en la que pueda disminuir la precisión de la geometría, puedo ver un mundo en el que la fabricación aditiva se utiliza ampliamente para herramientas compuestas. Esa es un área de gran impacto que está en el horizonte para la impresión 3D.

Créditos de imagen: Galería de fotos de Hill Air Force Base

¿Qué papel juega la impresión 3D en la fabricación ajustada? Estrategias de impresión 3D de diseño para fabricación aditiva (DfAM)