Revolucionando los interiores aeroespaciales:cómo la impresión 3D reduce el peso, la velocidad y los costos

Desde sus inicios, la industria aeroespacial ha intentado reducir el peso de los aviones por todos los medios necesarios. La impresión 3D es un método relativamente nuevo para lograr ese objetivo. Las piezas impresas en 3D casi siempre se producen más rápido, más ligeras y más baratas que sus homólogas fabricadas de forma convencional. Esto ha llevado a una adopción masiva de piezas impresas en 3D en el interior de los aviones, así como en todos los demás aspectos del avión. No son sólo los aviones, sino también los cohetes los que han encontrado un uso para la impresión 3D, con motores y boquillas de cohetes de impresión 3D tanto de SpaceX como de la NASA.

Este artículo analizará los componentes interiores aeroespaciales impresos en 3D, su propósito, cómo funciona, las ventajas, desventajas y ejemplos de componentes interiores aeroespaciales impresos en 3D.

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

Hay muchas razones por las que la impresión 3D está experimentando una gran aceptación en la industria aeroespacial. El objetivo de la impresión 3D de los componentes interiores de un avión es reducir el peso (lo que ahorra consumo de combustible), reducir el desperdicio de material y permitir la producción rápida de lotes de componentes pequeños y medianos. Además, la impresión 3D reduce la necesidad de almacenamiento, ya que los archivos CAD se pueden guardar en una base de datos e imprimir según sea necesario. También permite que los componentes se fabriquen 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. Básicamente, todo lo que se necesita es un archivo CAD y una impresora 3D. Suponiendo que una pieza ya ha sido dibujada en un sistema CAD, el archivo se puede cortar y preparar para ingresar en la impresora 3D. El software de corte convierte el archivo CAD en un código G, que es una serie de vectores que el cabezal de impresión 3D puede seguir para imprimir la pieza. Luego el archivo se carga en la impresora y se imprime. Dependiendo de la impresión, es posible que se requiera algún posprocesamiento. Normalmente, el posprocesamiento implica una técnica abrasiva para eliminar la estructura de soporte de la impresión 3D. Este proceso es más eficaz para producciones de lotes pequeños y producciones con geometría compleja que, de otro modo, tendrían un tiempo de entrega prolongado y un precio elevado. 

¿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. Plazos de entrega reducidos.
4. Diseño generativo fácil de usar. 
5. Residuos minimizados.
6. Creación rápida de prototipos. 

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

La impresión 3D también tiene sus desventajas que son:

1. No es rentable ni rentable para la producción a gran escala.
2. Limitado por el tamaño de la cama de impresión. 
3. Limitado por el material (aunque la variedad de materiales está creciendo).
4. Las piezas son anisotrópicas, con una reducción de la 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 en su mayoría no estructural. Sin embargo, está creciendo rápidamente. Algunos ejemplos destacados de componentes interiores impresos en 3D son:

1. Respiraderos 
2. Conductos 
3. Deflectores
4. Gestión de cables
5. Carcasas eléctricas
6. Cubiertas
7. Recortar
8. Cierres de puerta 
9. Reposabrazos 
10. Soportes de montaje 

¿Cuáles son los materiales utilizados en la impresión 3D de componentes interiores aeroespaciales?

Existen varios materiales que se pueden imprimir para su uso en un interior aeroespacial. A continuación se muestran algunos de los grupos de materiales 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 livianas que las piezas que reemplazan, ya que las piezas impresas en 3D son esencialmente huecas y utilizan un pequeño relleno para crear soporte dentro de la pieza. Las piezas de plástico impresas en 3D se imprimen a partir de un archivo CAD utilizando una impresora 3D y luego se utilizan para diversas aplicaciones, como:cubiertas, conductos, espaciadores, cabeceras de cortinas y portavasos. Las piezas impresas en 3D son tan duraderas como las piezas 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 cortada. La forma de fibra continua se imprime mediante un cabezal de impresión independiente en el interior de una pieza de polímero. La fibra de carbono cortada tiene menos de 1 mm de longitud y está contenida dentro del filamento de polímero que se está imprimiendo. Se coloca fibra de carbono continua en las rutas de carga para aumentar la resistencia de una pieza en una dirección particular. Mientras que la fibra de carbono picada aumenta la resistencia de 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 de clima de cabina y pestillos de puertas. Las piezas impresas en fibra de carbono son muy duraderas y reemplazan muchas piezas de aluminio. 

3. Metal

La impresión 3D en metal se logra mediante un proceso ligeramente diferente al de los polímeros. Los metales vienen en forma de polvo y luego se funden y fusionan con la cama de impresión y las capas posteriores utilizando un láser en un proceso conocido como sinterización selectiva por láser (SLS). Las piezas metálicas impresas en 3D son menos comunes ya que el metal se utiliza en componentes más estructurales y críticos para el vuelo y, por lo tanto, es más difícil de calificar. Sin embargo, el metal impreso en 3D se utiliza habitualmente en motores de aviones dentro de carcasas de cojinetes, boquillas de combustible, sensores de temperatura e intercambiadores de calor. 

4. nailon

El nailon es un polímero imprimible en 3D. Sin embargo, se diferencia de materiales como PLA y ABS en 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 mayor que la del ABS. El nailon se imprime de la misma forma que otros polímeros, sin embargo, suele incluir 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 paneles y estructuras de asientos. 

5. Fibra de Vidrio

Al igual que la fibra de carbono, la fibra de vidrio se utiliza como refuerzo en polímeros impresos en 3D. La fibra de vidrio se presenta en formato continuo o troceado. La forma picada se integra en el filamento y proporciona refuerzo a la parte general. Mientras que la fibra continua proporciona fortalecimiento para una ruta 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 fuerte. 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 el sector aeroespacial?

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

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

Preguntas frecuentes sobre la impresión 3D de componentes interiores aeroespaciales

¿SpaceX utiliza impresoras 3D?

Sí, SpaceX utiliza la impresión 3D para sus cohetes. Utilizan estas impresoras para fabricar motores y boquillas para cohetes. SpaceX ha utilizado impresoras 3D para imprimir la cámara de su motor SuperDraco en Inconel mediante sinterización láser directa de metales (DMLS). SpaceX también ha impreso en 3D el cuerpo de la válvula de oxidación 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. 

¿La NASA utiliza 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 la placa frontal del cabezal de impresión. Luego, la pieza impresa fue devuelta a la Tierra para su análisis. Los resultados de estas pruebas demostraron que no había diferencias entre los ejemplares impresos en la Tierra y en el espacio. Esto ha abierto muchas oportunidades para la impresión 3D en el espacio, donde los materiales se pueden reciclar y reutilizar en lugar de las semanas o incluso meses que lleva entregar componentes críticos a la estación espacial internacional. 

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

Sí, se utilizan piezas 3D en todas las áreas de las aeronaves, incluidos:el interior, los motores, la estructura, los sistemas eléctricos e hidráulicos y para herramientas especializadas. El utillaje especializado es una de las aplicaciones más antiguas debido a la menor necesidad de cualificación. Las herramientas especializadas incluyen:plantillas, herramientas para moldes de inyección, moldes de fundición y adaptadores. Los aviones también utilizan soportes de montaje, válvulas, carcasas y cajas de rodamientos impresos en 3D.

Resumen

Este artículo presentó componentes interiores aeroespaciales con impresión 3D, los explicó y analizó los tipos de materiales utilizados. Para obtener más información sobre la impresión 3D en el sector aeroespacial, comuníquese con un representante de Xometry.

Xometry ofrece una amplia gama de capacidades de fabricación, incluida la impresión 3D y otros servicios de valor agregado para todas sus necesidades de producción y creación de prototipos. Visite nuestro sitio web para obtener más información o solicitar un presupuesto gratuito y sin compromiso.

Avisos de derechos de autor y marcas comerciales

1. Onyx™ es una marca registrada de Markforged.

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Dean McClements

Dean McClements es un Licenciado en Ingeniería Mecánica con honores y cuenta con más de dos décadas de experiencia en la industria manufacturera. Su trayectoria profesional incluye puestos importantes en empresas líderes como Caterpillar, Autodesk, Collins Aerospace y Hyster-Yale, donde desarrolló un profundo conocimiento de los procesos de ingeniería y las innovaciones.

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