增材制造已被应用于各个行业,从汽车行业和医疗/牙科行业,到消费品和教育领域。然而,我们看到的一个特别令人印象深刻的领域是航空航天领域。
3D打印可以更快更有效地创建具有复杂几何形状的各种部件,因此减少了昂贵的试验和错误的需要。因此,这种技术在当今创新的航空航天领域大受欢迎也就不足为奇了。
航空航天-与航空有关的技术和工业的分支而且事实上,太空飞行是最早投资大规模3D打印的行业之一,一些航空航天公司采用了这项技术早在80年代.快进到2022年,航空航天增材制造市场估计价值约为30亿美元-主要是由于对轻型飞机发动机部件的需求。
在这篇博客中,我俄罗斯北爱尔兰比分们将探索3D打印如何在航空航天中使用,3D打印在这一背景下的一些好处,并深入研究一些主要的航空航天公司目前正在实现的目标。
3D打印的天文需求
对新飞机的累积需求导致未来20年近38,000架新飞机的订单。设备制造商、设计师和供应商需要具有成本效益的解决方案,在高度监管的行业背景下尽可能快速高效地生产这些飞机,安全和质量是关键。
3D打印在航空航天工业中使用的四个主要领域是夹具和固定装置,替代品,安装支架和详细的原型。
除了这些更常见的用途,3D打印还被用于制造更轻、更高效的发动机和涡轮部件,更轻的飞机座椅,甚至无人机,仅举几例。
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3D打印将给航空航天带来什么
由于飞机部件的运行时间通常很短,航空航天工业使用增材制造进行大量生产。与传统技术相比,该技术可以生产出更具弹性和重量更轻的复杂部件——这是一个明显的优势。
事实上,EOS增材制造可以使重量减轻40-60%。从这个角度来看,一般的公司飞机都会出差7.5万英里/月.采用3D打印设计和制造的单个部件(因此更轻)减少了2.1%的空气阻力,从而降低了5.41%的燃料成本。通过减少燃料和限制排放,3D打印可以帮助最大限度地减少航空旅行对环境的影响。在这个环保意识日益增强的时代,这是公司长期战略和消费者优先考虑的趋势。
此外,3D打印可以生产数十万个零件,而无需依赖传统制造工艺所涉及的昂贵的模具更改。“无工具”生产所需的能源更少,因为可以根据需要生产修改或升级的部件,减轻了昂贵的存储需求。
航空航天部件通常包括用于保形冷却的内部通道、内部特征、薄壁和复杂曲面。3D打印工艺能够制造这些特征,并创建高度复杂且具有高稳定性的轻质结构,同时允许将多个部件合并为单个部件。这进一步降低了成本,减少了浪费,加快了生产时间,提高了一致性,改善了飞机表面光洁度。
PrintForm北美运营副总裁Bill Artley解释说:“从用低成本FDM快速打印的全尺寸起落架机箱,到高细节的全彩控制板概念模型,有一种适合每种原型设计需求的3D打印工艺。”
航空航天领域最新的3D打印创新有哪些?
美国国家航空航天局
- Archinaut:在3D打印了国际空间站上制造单元的200多个宇航员工具和设备后,初创公司Made In Space
从美国宇航局获得了一份价值7370万美元的合同,用于在轨道上探索3D打印名为Archinaut One的小型航天器。该飞船将于今年晚些时候发射。
- 火箭发动机硬件:NASA最近完成了
- Aerojet Rocketdyne是一家总部位于加州的制造商,使用金属3D打印方法。
- 火星探测车:毅力漫游者又名珀西有11个3D打印的金属部件。其中五个是用钛打印的,组成了PIXL仪器的外壳,该仪器在火星上寻找微生物化石生命的迹象。其他六个镍高温合金部件位于MOXIE热交换器内,用于制造氧气。
- 月球上的3D打印:3D打印公司Icon已获得资金,用于开发一种基于太空的建筑系统,该系统有可能为未来月球上的栖息地提供支持。ICON联合创始人兼首席执行官杰森·巴拉德表示:“在另一个世界建造人类的第一个家园将是人类历史上最雄心勃勃的建设项目,将把科学、工程、技术和建筑推向新的高度。”
波音公司
- WGS- 11卫星:航空航天制造商波音公司已经开始在为美国太空部队生产宽带全球卫星通信(WGS)卫星时使用3D打印技术,这是一份6.05亿美元合同的一部分。系统提供比它的前辈更大的任务支持和抗干扰能力。
- 新飞机:新波音777 x配备两台GE9X发动机。除了燃油喷嘴,发动机还包含300多个打印部件。这降低了发动机的重量,使其成为世界上最高效的双引擎喷气式飞机,燃油消耗降低了12%,运营成本降低了10%。
空中客车公司
- 3D打印飞机部件:复杂的3D打印部件继续安装在空客飞机上。事实上,空客A350 XWB包含1000多个3D打印部件。
- Neorizon:与旧金山初创公司Local Motors Industries合作,空客将专注于3D打印无人机和3D打印自动驾驶汽车,通过大规模创建此类实体的能力,有可能缩短漫长的供应链。
洛克希德·马丁公司
- 月球车项目:这家美国航空航天和国防公司经常使用3D打印作为他们太空探索的一部分。他们投资了Makerbot Method X,为月球探测器项目打印了一些零件。它可以在一天的时间内完成整个部件的设计、打印和测试,并在不久之后准备好进行新的迭代测试。
劳斯莱斯
- 珍珠700发动机:随着测试的完成,Pearl 700发动机(可以产生超过18,000磅的推力,并显著提高效率)正在进入生产阶段。在最终安装到超远程湾流G700飞机上时,3D打印的燃烧室瓦可以优化和复杂的形状,同时减轻重量。
最后的起飞和想法
随着时间的推移,增材制造被用于设计越来越多的日常用品,但它也被应用在航空航天的更大舞台上。
美国现任总统约瑟夫·拜登最近称3D打印“不可思议”。他补充说:“它可以减少90%的零件交货时间,降低90%的材料成本,并减少一半的能源消耗。这一切都降低了在美国制造商品的成本。”
大型3D打印机和材料制造商Stratasys美洲区总裁Rich Garrity表示:“Stratasys一直在引领通用汽车、波音和洛克希德马丁等大型制造商向增材制造的转变。这个新的AM Forward计划是一个很好的方式,可以帮助中小型制造商有信心投资于生产规模的增材制造技术和专业知识。这是一个进一步的信号,表明我们已经达到了3D打印在制造应用中的拐点。”
当谈到增材制造和航空航天领域时,天空似乎真的不是极限。