Additieve productie in de lucht- en ruimtevaart

Productie is een uitdaging in de lucht- en ruimtevaartindustrie. Lucht- en ruimtevaartonderdelen zijn niet alleen buitengewoon complex, ze moeten ook structureel gezond zijn en voldoen aan de hoogste kwaliteitsnormen van bijna elke branche.

Om de kosten te verlagen en traditionele productie-uitdagingen te overwinnen, schakelen veel luchtvaartbedrijven over van conventionele productieprocessen naar additieve productie om de complexe onderdelen die ze nodig hebben efficiënt te produceren.

Additive manufacturing transformeert ongetwijfeld de lucht- en ruimtevaartindustrie. Additieve productie in de lucht- en ruimtevaartmarkt zal naar verwachting groeien met 22,17% samengestelde jaarlijkse groei (CAGR) en $ 6,75 miljard bereiken in 2026.

Conventionele productie versus additieve productie in de lucht- en ruimtevaartindustrie

Additive manufacturing is een proces waarbij materiaal laag voor laag aan de structuur van een driedimensionaal object wordt toegevoegd op basis van het printen van CAD-gegevens (een digitaal 3D-model). Het wordt ook wel 3D-printen genoemd.

Dit is anders dan traditionele productieprocessen, ook wel subtractieve productie genoemd. Bij conventionele fabricage wordt het materiaal in een mal gedaan om uit te harden. Wanneer het materiaal droogt of afkoelt, wordt het uit de mal gehaald en wordt overtollig materiaal verwijderd om het eindproduct te vormen - vandaar de term subtractief.

In het conventionele productieproces vinden de volgende stappen plaats:

• Ontwerp voor fabricage (DFM) om ervoor te zorgen dat het onderdeel kan worden vervaardigd
• Trillingsanalyse
• Iterate
• Vervaardiging
• Testen
• Iterate

Met additieve productie zijn er minder productiestappen en gaat het proces als volgt:

• Ontwerp
• Voorbewerking om ervoor te zorgen dat het ontwerp kan worden afgedrukt
• Iterate
• Fabricage

3D-printen in de lucht- en ruimtevaart op basis van CATIA-modellen zorgt voor een revolutie in de lucht- en ruimtevaartindustrie door de manier waarop onderdelen worden gemaakt te veranderen.

Hier zijn zes manieren waarop additieve fabricage wordt gebruikt in ruimtevaarttoepassingen.

1. Onderdelen bouwen met complexe geometrieën

Van helikopteronderdelen tot turbinemotoren, ruimtevaartcomponenten vereisen zeer complexe geometrische structuren in soms zeer krappe ruimtes.

In plaats van kleine, ingewikkelde onderdelen afzonderlijk te maken en ze later tot het geheel te combineren, kan een ontwerpingenieur 3D-modellen van de hele constructie maken door CAD-gegevens af te drukken - interieurcomponenten en alles. Vervolgens kan de 3D-printer één naadloos onderdeel maken dat alle ingewikkelde interne afmetingen en complexe geometrieën bevat, zonder dat montage vereist is. Een dergelijke methode kan zelfs worden gebruikt voor additieve fabricage van straalmotoren voor vliegtuigen.

Met behulp van additive manufacturing is het mogelijk om ingewikkelde onderdelen te maken met minder doorlooptijd en energie van een breed scala aan materialen, waaronder metaal en koolstofvezel.

2. Efficiënter prototypen

Zonder de noodzaak om matrijzen te ontwerpen en de productie uit te besteden, kunnen lucht- en ruimtevaartingenieurs prototypen ontwerpen en printen in een fractie van de tijd die het zou kosten met traditionele productiemethoden. Met de mogelijkheid om sneller prototypes te maken en te testen, kunnen lucht- en ruimtevaartbedrijven hun time-to-market versnellen en de concurrentie voorblijven.

In de lucht- en ruimtevaart is het erg belangrijk dat een onderdeel volgens specificaties wordt geproduceerd. Bij conventionele fabricage is het specificatieproces al opgezet. Het specificatieproces is echter niet opgezet met additive manufacturing, dus ervoor zorgen dat een gefabriceerd onderdeel volgens specificaties is geproduceerd, is niet zo duidelijk.

Enkele huidige uitdagingen van additive manufacturing in de lucht- en ruimtevaart zijn:

• Voldoen aan productienormen door consistente onderdelen te maken - elk onderdeel moet hetzelfde zijn als het onderdeel dat ervoor is geproduceerd.
• Printen op grotere schaal, aangezien 3D-printen een nieuwere technologie is.
• Voor leveranciers in de lucht- en ruimtevaartindustrie, die tests doorstaan ​​en voldoen aan de nalevingsnormen - aangezien deze processen niet zijn opgezet voor additief vervaardigde onderdelen.

3. Kosteneffectieve productie

Additive manufacturing kan niet alleen de tijd voor het maken van prototypes verkorten, maar ook de kosten verlagen.

Bij conventionele productie kan het materiaalafval voor veel lucht- en ruimtevaarttoepassingen oplopen tot 98%. Je kunt na het aftrekken veel metaalspaanders krijgen en het maken van de juiste mal kan een langdurig proces zijn.

Omdat het materiaal wordt toegevoegd en niet wordt afgetrokken met additive manufacturing, kan het materiaalverspilling drastisch verminderen, waardoor fabrikanten geld kunnen besparen op productiekosten. Er zijn initiële kosten verbonden aan het opzetten van additieve fabricageprocessen. De kostenbesparingen op de lange termijn wegen echter zwaarder dan deze voorbereidende kosten.

4. Verhoog de interne sterkte van onderdelen

Elke keer dat kleinere onderdelen worden gecombineerd om een ​​groter object te maken, vermindert dit de structurele integriteit van het geheel. Met additieve fabricage kunnen ontwerpingenieurs hele onderdelen maken, inclusief holle centra en interieurcomponenten, zonder zwakke, kwetsbare verbindingen.

Bovendien kan additieve fabricage in de lucht- en ruimtevaartindustrie zeer goed gebruikmaken van composietmaterialen. Dit is een gebied waar additive manufacturing een duidelijk voordeel heeft ten opzichte van conventionele productie.

Met additieve fabricage, wanneer u uw plak of lagen neerlegt in de richting waarin de kracht zal komen, zorgt het ervoor dat uw laatste onderdeel uitzonderlijk sterk is in die richting.

5. Maak lichtgewicht componenten

Brandstof is een van de hoogste kosten in de luchtvaartindustrie. De beste manier om het brandstofverbruik te verminderen, is door lichtere onderdelen te maken. Helaas is het bij conventionele fabricage bijna onmogelijk om lichtere onderdelen te maken zonder de structurele integriteit op te offeren.

Additieve fabricage van vliegtuigonderdelen zonder de noodzaak om componenten zoals bouten en schroeven te verbinden, additieve fabricageprocessen kunnen het framegewicht met 25% verminderen, terwijl de structurele integriteit toeneemt. Additive manufacturing vermindert niet alleen het brandstofverbruik, maar verhoogt ook de algehele sterkte van het vliegtuig.

6. Opslagbehoeften verminderen

De lucht- en ruimtevaartindustrie heeft een van de meest notoir lange toeleveringsketens van alle bedrijfstakken. Om onderdelen beschikbaar te hebben, slaan veel lucht- en ruimtevaartbedrijven grote hoeveelheden componenten op in magazijnen - nog een kosten- en logistiek probleem.

Omdat het additieve fabricageproces snel en efficiënt is, kunnen lucht- en ruimtevaartfabrikanten componenten - inclusief op maat gemaakte onderdelen - in eigen huis produceren in een fractie van de tijd en kosten dan wanneer ze het via de standaard supply chain zouden moeten bestellen. Dit vermindert de noodzaak om onderdelen bij de hand te hebben of uitgebreide opslagfaciliteiten te onderhouden.

De toekomst van additieve productie in de lucht- en ruimtevaart

Met de mogelijkheid om snel en efficiënt aangepaste, lichtgewicht en structureel gezonde onderdelen te maken, is het geen wonder dat veel bedrijven zich wenden tot additieve productie voor ruimtevaarttoepassingen.

Als het gaat om de toekomst van additive manufacturing in de lucht- en ruimtevaart, spelen CAD-modellen een centrale rol. Gezien de beschikbare additieve fabricage in lucht- en ruimtevaartvoorbeelden en onderzoeksvooruitzichten, is het duidelijk dat CAD-modellen momenteel in gebruik zijn en waardevol zijn voor lucht- en ruimtevaartbedrijven.

Naarmate meer ruimtevaartbedrijven overstappen van conventionele naar additieve productieprocessen, zal er op de lange termijn meer nadruk komen te liggen op de mogelijkheid om CAD-modellen af ​​te drukken.

Met meer dan 35 jaar expertise op het gebied van 3D-modellering in een groot aantal sectoren, waaronder additieve productie in de ruimtevaartindustrie, heeft Spatial superieure CAD-gegevens voor voorverwerking gecreëerd en beschikt het over de tools om voorverwerkingssoftware te bouwen om nauwkeurige, geometrisch nauwkeurige 3D-afdrukken voor de ruimtevaart te printen. modellen.

Onze experts helpen u bij het printen van CATParts voor de ruimtevaart, zodat u kunt genieten van alle voordelen die additive manufacturing te bieden heeft. Neem vandaag nog contact met ons op en ontdek hoe we uw ruimtevaartbedrijf kunnen helpen bloeien.