Revolucionando los interiores aeroespaciales: Cómo la impresión 3D reduce peso, tiempo y costes

Desde sus inicios, la industria aeroespacial ha buscado incansablemente reducir el peso de las aeronaves por todos los medios posibles. La impresión 3D es un método relativamente nuevo para lograr este objetivo. Las piezas impresas en 3D casi siempre se producen más rápido, son más ligeras y más baratas que sus contrapartes fabricadas convencionalmente. Esto ha provocado una adopción masiva de piezas impresas en 3D en los interiores de aeronaves, así como en todos los demás aspectos de la aviación. No solo los aviones, sino también los cohetes han encontrado utilidad en la impresión 3D, con SpaceX e imprimiendo motores y toberas de cohetes en 3D.

¿Cuál es el propósito de la impresión 3D de componentes interiores aeroespaciales?

Existen muchas razones por las que la impresión 3D está experimentando una gran adopción en la industria aeroespacial. El propósito de imprimir en 3D los componentes interiores de una aeronave es reducir el peso (lo que ahorra consumo de combustible), reducir el desperdicio de material y permitir la producción rápida de lotes pequeños a medianos de componentes. Además, la impresión 3D reduce la necesidad de almacenar inventario, ya que los archivos CAD pueden guardarse en una base de datos e imprimirse según se requiera. También permite fabricar componentes en una sola pieza, eliminando la necesidad de ensamblaje.

¿Cómo funciona la impresión 3D de componentes interiores aeroespaciales?

La impresión 3D de componentes interiores aeroespaciales sigue el mismo proceso que cualquier pieza impresa en 3D. Esencialmente, todo lo que se necesita es un archivo CAD y una impresora 3D. Suponiendo que una pieza ya haya sido diseñada en un sistema CAD, el archivo puede cortarse (slicing) y prepararse para la impresora 3D. El software de corte convierte el archivo CAD en G-code, que es una serie de vectores que el cabezal de impresión puede seguir para imprimir la pieza. El archivo se carga en la impresora y se imprime. Dependiendo de la impresión, puede requerirse algún post-procesado. Generalmente, el post-procesado implica una técnica abrasiva para eliminar la estructura de soporte de la impresión 3D. Este proceso es más efectivo para producciones en lotes pequeños y producciones con geometrías complejas que de otro modo tendrían plazos de entrega largos y precios elevados.

¿Cuáles son las ventajas de la impresión 3D en la industria aeroespacial?

Las ventajas de la impresión 3D en la industria aeroespacial son:

1. Reducción de peso.
2. Reducción del consumo de combustible (debido a la reducción de peso).
3. Reducción de plazos de entrega.
4. Diseño generativo fácil de usar.
5. Minimización de residuos.
6. Prototipado rápido.

¿Cuáles son las desventajas de la impresión 3D en la industria aeroespacial?

La impresión 3D también tiene sus desventajas:

1. No es rentable ni eficiente en tiempo para producción a gran escala.
2. Limitada por el tamaño de la cama de impresión.
3. Limitada por el material (aunque la gama de materiales está creciendo).
4. Las piezas son anisotrópicas, con una reducción de resistencia en las direcciones XY debido a las capas de impresión.
5. Grandes variaciones de calidad.

Ejemplos de aplicaciones de componentes interiores aeroespaciales impresos en 3D

La gama de piezas impresas en 3D para interiores aeroespaciales es mayormente no estructural, pero está creciendo rápidamente. Algunos ejemplos principales de componentes interiores impresos en 3D son:

1. Ventilación
2. Conductos
3. Deflectores
4. Gestión de cables
5. Carcasas eléctricas
6. Cubiertas
7. Acabados
8. Pestillos de puerta
9. Apoyabrazos
10. Soportes de montaje

¿Qué materiales se utilizan en la impresión 3D de componentes interiores aeroespaciales?

Existen diversos materiales que pueden imprimirse para su uso en interiores aeroespaciales. A continuación se muestran algunos de los grupos de materiales más comunes:

1. Polímeros

Los polímeros comúnmente utilizados para imprimir componentes 3D incluyen: PLA (ácido poliláctico), ASA (acrilonitrilo estireno acrilato), ABS (acrilonitrilo butadieno estireno), PET (tereftalato de polietileno) y PC (policarbonato). Las piezas de polímero impresas en 3D son más ligeras que las piezas que reemplazan, ya que las piezas impresas en 3D son esencialmente huecas, utilizando un pequeño relleno interno para crear soporte dentro de la pieza. Las piezas de plástico impresas en 3D se imprimen a partir de un archivo CAD usando una impresora 3D y luego se utilizan para diversas aplicaciones como: cubiertas, conductos, separadores, cabeceras de cortina y portavasos. Las piezas impresas en 3D son tan duraderas como las que reemplazan, sin embargo, carecen de resistencia en la dirección Z de carga.

2. Fibra de carbono

La fibra de carbono siempre se imprime dentro de otro material, como nailon u otro polímero, y se imprime en forma de fibra continua o picada. La forma de fibra continua se imprime mediante un cabezal de impresión separado en el interior de una pieza de polímero. La fibra de carbono picada tiene menos de 1 mm de longitud y está contenida dentro del filamento de polímero que se imprime. La fibra de carbono continua se coloca en las trayectorias de carga para aumentar la resistencia de una pieza en una dirección particular. Mientras que la fibra de carbono picada aumenta la resistencia en toda la pieza. Algunos ejemplos de artículos en los que se utilizan plásticos reforzados con fibra de carbono son: paneles de interruptores de luz, componentes de control climático de cabina y pestillos de puerta. Las piezas impresas con fibra de carbono son altamente duraderas y reemplazan muchas piezas de aluminio.

3. Metal

La impresión 3D de metal se logra utilizando un proceso ligeramente diferente al de los polímeros. Los metales vienen en forma de polvo y luego se funden y fusionan a la cama de impresión y capas subsiguientes usando un láser en un proceso denominado sinterizado selectivo por láser (SLS). Las piezas de metal impresas en 3D son menos comunes, ya que el metal se utiliza en componentes más estructurales y críticos para el vuelo, por lo que es más difícil de calificar. Sin embargo, el metal impreso en 3D se usa comúnmente en motores de aeronaves en carcasas de rodamientos, boquillas de combustible, sensores de temperatura e intercambiadores de calor.

4. Nailon

El nailon es un polímero imprimible en 3D. Sin embargo, es diferente de materiales como PLA y ABS, ya que el nailon es más flexible y duradero. El nailon es menos rígido y resistente que el PLA y el ABS, pero tiene una resistencia al impacto diez veces superior a la del ABS. El nailon se imprime de la misma manera que otros polímeros, sin embargo, generalmente incluye refuerzo de fibra de carbono para compensar su baja resistencia. Onyx™, de Markforged, es un nailon reforzado con fibra de carbono que se ha utilizado para consolas de entretenimiento a bordo, interruptores de panel y estructuras de asientos.

5. Fibra de vidrio

De manera similar a la fibra de carbono, la fibra de vidrio se utiliza en polímeros impresos en 3D como refuerzo. La fibra de vidrio viene en formato continuo o picado. La forma picada se integra en el filamento y proporciona refuerzo para la pieza en general. Mientras que la fibra continua proporciona refuerzo para una trayectoria de carga particular. La fibra de vidrio es más barata y menos resistente que la fibra de carbono y se utiliza para aplicaciones en las que la fibra de carbono sería innecesariamente resistente. Finalmente, la fibra de vidrio, al igual que la fibra de carbono, tiene una vida a fatiga superior a la de la mayoría de los componentes metálicos que reemplazan.

¿Cuál es el futuro de la impresión 3D de componentes interiores en aeroespacial?

El futuro de las piezas impresas en 3D en interiores aeroespaciales es prometedor. Si bien se han encontrado muchas aplicaciones para la impresión 3D, quedan muchas más por venir. Esto se debe a que la impresión 3D ha abierto opciones para componentes especializados sin necesidad de herramientas especializadas. La impresión 3D también está ampliando la gama de materiales que pueden utilizarse. Ya hay cientos de piezas impresas en 3D en interiores de aerolíneas, y se espera que este uso crezca a medida que el mercado aeroespacial y de defensa de EE. UU. alcance los 5.580 millones de dólares para 2026.

Para más información, consulte nuestra guía sobre Cómo funcionan las impresoras 3D.

Preguntas frecuentes sobre la impresión 3D de componentes interiores aeroespaciales

¿Utiliza SpaceX impresoras 3D?

Sí, SpaceX utiliza impresión 3D para sus cohetes. Las usan para fabricar motores y toberas de cohetes. SpaceX ha utilizado impresoras 3D para imprimir la cámara del motor SuperDraco en Inconel mediante sinterizado directo por láser de metal (DMLS). SpaceX también ha impreso en 3D el cuerpo de la Válvula Oxidante Principal (MOV) para el motor Merlin 1D. Esta pieza se imprimió en dos días en lugar de tardar siete meses en fabricarse y tiene un programa de mantenimiento reducido.

¿Utiliza NASA impresoras 3D en el espacio?

Sí, la NASA ha utilizado impresoras 3D en el espacio. En 2014, la NASA utilizó una impresora fabricada por Made In Space, Inc., en la Estación Espacial Internacional para imprimir una placa frontal del cabezal de impresión. La pieza impresa fue devuelta a la Tierra para su análisis. Los resultados de estas pruebas mostraron que no había diferencias entre las muestras impresas en la Tierra y en el espacio. Esto ha abierto muchas oportunidades para la impresión 3D en el espacio, donde los materiales pueden reciclarse y reutilizarse, en lugar de los plazos de semanas o incluso meses que se necesitan para entregar componentes críticos a la Estación Espacial Internacional.

¿Se pueden imprimir en 3D piezas de avión además de componentes interiores?

Sí, hay piezas impresas en 3D que se utilizan en todas las áreas de las aeronaves, incluyendo: el interior, motores, estructura, sistemas eléctricos e hidráulicos, y para herramientas especializadas. Las herramientas especializadas son una de las aplicaciones más antiguas debido a la menor necesidad de calificación. Las herramientas especializadas incluyen: plantillas, herramientas de moldeo por inyección, moldes de fundición y adaptadores. Las aeronaves también utilizan soportes de montaje impresos en 3D, válvulas, carcasas y cajas de rodamientos.

Resumen

Este artículo presentó la impresión 3D de componentes interiores aeroespaciales, la explicó y discutió los tipos de materiales utilizados. Para obtener más información sobre la impresión 3D en aeroespacial, contacte a un representante de Xometry.

Xometry ofrece una amplia gama de capacidades de fabricación, incluyendo impresión 3D y otros servicios de valor añadido para todas sus necesidades de prototipado y producción. Visite nuestro sitio web para obtener más información o solicitar una cotización gratuita y sin compromiso.

Notas de derechos de autor y marcas comerciales

1. Onyx™ es una marca registrada de Markforged.

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Dean McClements

Dean McClements es graduado en Ingeniería Mecánica con honores (B.Eng) y cuenta con más de dos décadas de experiencia en la industria manufacturera. Su trayectoria profesional incluye roles significativos en empresas líderes como Caterpillar, Autodesk, Collins Aerospace y Hyster-Yale, donde desarrolló una profunda comprensión de los procesos e innovaciones de ingeniería.

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