Fabricación aditiva en la industria aeroespacial

La fabricación es un desafío en la industria aeroespacial. Las piezas aeroespaciales no solo son extraordinariamente complejas, sino que también deben ser estructuralmente sólidas y cumplir con los más altos estándares de garantía de calidad de casi cualquier industria.

Para reducir costos y superar los desafíos de la fabricación tradicional, muchas empresas aeroespaciales están pasando de los procesos de fabricación convencionales a la fabricación aditiva para producir las piezas complejas que necesitan de manera eficiente.

Sin duda, la fabricación aditiva está transformando la industria aeroespacial. Se espera que la fabricación aditiva en el mercado aeroespacial crezca a una tasa de crecimiento anual compuesto (CAGR) del 22,17 % y alcance los 6750 millones de dólares para 2026.

Fabricación convencional frente a fabricación aditiva en la industria aeroespacial

La fabricación aditiva es un proceso en el que se agrega material a la estructura de un objeto tridimensional capa por capa, basado en la impresión de datos CAD (un modelo 3D digital). También se conoce comúnmente como impresión 3D.

Esto es diferente de los procesos de fabricación tradicionales, también conocidos como fabricación sustractiva. Con la fabricación convencional, el material se coloca en un molde para que se endurezca. Cuando el material se seca o se enfría, se saca del molde y se elimina el exceso de material para formar el producto final, de ahí el término sustractivo.

En el proceso de fabricación convencional, ocurren los siguientes pasos:

• Diseño para fabricación (DFM) para garantizar que la pieza se pueda fabricar
• Análisis vibracional
• Iterar
• Fabricación
• Prueba
• Iterar

Con la fabricación aditiva, hay menos pasos de fabricación y el proceso es el siguiente:

• Diseño
• Preprocesamiento para garantizar que el diseño se pueda imprimir
• Iterar
• Fabricación

La impresión 3D en la industria aeroespacial basada en modelos CATIA está revolucionando la industria de fabricación aeroespacial al cambiar la forma en que se fabrican las piezas.

Aquí hay seis formas en que la fabricación aditiva se utiliza en aplicaciones aeroespaciales.

1. Cree piezas con geometrías complejas

Desde piezas de helicópteros hasta motores de turbina, los componentes aeroespaciales requieren estructuras geométricas muy complejas en espacios a veces muy reducidos.

En lugar de crear piezas pequeñas e intrincadas por separado y combinarlas en un todo más tarde, un ingeniero de diseño puede crear modelos 3D de toda la estructura mediante la impresión de datos CAD, componentes interiores y todo. Luego, la impresora 3D puede crear una pieza perfecta que incluye todas las dimensiones internas intrincadas y geometrías complejas, sin necesidad de ensamblaje. Este método se puede utilizar incluso para la fabricación aditiva de motores a reacción para aviones.

Mediante la fabricación aditiva, es posible crear piezas complejas con menos tiempo de entrega y energía a partir de una amplia variedad de materiales, incluidos el metal y la fibra de carbono.

2. Creación de prototipos más eficiente

Sin la necesidad de diseñar moldes y externalizar la producción, los ingenieros aeroespaciales pueden diseñar e imprimir prototipos en una fracción del tiempo que les llevaría utilizar los métodos de fabricación tradicionales. Con la capacidad de crear y probar prototipos más rápido, las empresas aeroespaciales pueden acelerar su tiempo de comercialización y mantenerse por delante de la competencia.

En la industria aeroespacial, es muy importante que una pieza se fabrique de acuerdo con las especificaciones. Con la fabricación convencional, el proceso de especificación ya se ha establecido. Sin embargo, el proceso de especificación no se ha configurado con la fabricación aditiva, por lo que garantizar que una pieza fabricada se produzca de acuerdo con las especificaciones no es tan claro.

Algunos desafíos actuales de la fabricación aditiva en la industria aeroespacial incluyen los siguientes:

• Cumplir con los estándares de fabricación mediante la creación de piezas consistentes:cada pieza debe ser igual a la pieza producida antes.
• Imprimir a mayor escala, ya que la impresión 3D es una tecnología más nueva.
• Para proveedores de la industria aeroespacial, pasar pruebas y cumplir con los estándares de cumplimiento, ya que esos procesos no están configurados para piezas fabricadas de forma aditiva.

3. Producción rentable

La fabricación aditiva no solo puede reducir el tiempo para crear prototipos, sino que también puede reducir el costo.

Con la fabricación convencional, el desperdicio de material puede llegar al 98% para muchas aplicaciones aeroespaciales. Puede terminar con muchas virutas de metal después de la sustracción, y crear el molde correcto puede ser un proceso largo.

Dado que el material se agrega y no se resta con la fabricación aditiva, puede reducir drásticamente el desperdicio de material, lo que ayuda a los fabricantes a ahorrar dinero en costos de producción. Hay costos iniciales asociados con la configuración de los procesos de fabricación aditiva. Sin embargo, los ahorros de costos a largo plazo superan estos gastos preliminares.

4. Aumentar la fuerza interna de las piezas

Cada vez que se combinan partes más pequeñas para hacer un objeto más grande, se reduce la integridad estructural del conjunto. Con la fabricación aditiva, los ingenieros de diseño pueden crear piezas completas, incluidos centros huecos y componentes interiores, sin juntas débiles y vulnerables.

Además, la fabricación aditiva en la industria aeroespacial puede aprovechar muy bien los materiales compuestos. Esta es un área donde la fabricación aditiva tiene una clara ventaja sobre la fabricación convencional.

Con la fabricación aditiva, cuando coloca su rebanada o capas en la dirección en la que entrará la fuerza, permite que su pieza final sea excepcionalmente fuerte en esa dirección.

5. Crear componentes ligeros

El combustible es uno de los costos más altos en la industria aeroespacial. La mejor forma de reducir el consumo de combustible es crear piezas más ligeras. Lamentablemente, cuando se utiliza la fabricación convencional, es casi imposible crear piezas más ligeras sin sacrificar la integridad estructural.

Fabricación aditiva de piezas de aviones sin necesidad de unir componentes como pernos y tornillos, los procesos de fabricación aditiva pueden reducir el peso del bastidor en un 25 %, al tiempo que aumentan la integridad estructural. La fabricación aditiva no solo reduce el consumo de combustible, sino que también aumenta la resistencia general de la aeronave.

6. Disminuya las necesidades de almacenamiento

La industria aeroespacial tiene una de las cadenas de suministro más notoriamente largas de cualquier industria. Para tener piezas disponibles, muchas empresas aeroespaciales almacenan grandes cantidades de componentes en almacenes, otra preocupación logística y de costos.

Debido a que el proceso de fabricación aditiva es rápido y eficiente, los fabricantes aeroespaciales pueden producir componentes, incluidas piezas personalizadas, internamente en una fracción del tiempo y el costo que si tuvieran que pedirlos a través de la cadena de suministro estándar. Esto reduce la necesidad de tener piezas a mano o mantener amplias instalaciones de almacenamiento.

El futuro de la fabricación aditiva en la industria aeroespacial

Con la capacidad de crear piezas personalizadas, livianas y estructuralmente sólidas de manera rápida y eficiente, no es de extrañar que muchas empresas estén recurriendo a la fabricación aditiva para aplicaciones aeroespaciales.

Cuando se trata del futuro de la fabricación aditiva en la industria aeroespacial, los modelos CAD juegan un papel central. Teniendo en cuenta los ejemplos de fabricación aditiva disponibles en la industria aeroespacial y las perspectivas de investigación, es evidente que los modelos CAD están actualmente en uso y son valiosos para las empresas aeroespaciales.

A medida que más empresas aeroespaciales pasen de los procesos de fabricación convencionales a los aditivos, habrá un mayor enfoque a largo plazo en tener las capacidades para imprimir modelos CAD.

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