Een revolutie in de lucht- en ruimtevaartinterieur:hoe 3D-printen gewicht, snelheid en kosten verlaagt

Sinds haar oprichting heeft de lucht- en ruimtevaartindustrie geprobeerd het gewicht van vliegtuigen met alle mogelijke middelen te verminderen. 3D-printen is een relatief nieuwe methode om een ​​dergelijk doel te bereiken. 3D-geprinte onderdelen worden bijna altijd sneller, lichter en goedkoper geproduceerd dan hun conventioneel gemaakte tegenhangers. Dit heeft geleid tot een enorme acceptatie van 3D-geprinte onderdelen in vliegtuiginterieurs en in elk ander aspect van het vliegtuig. Het zijn niet alleen vliegtuigen, maar ook raketten die toepassing hebben gevonden voor 3D-printen, met zowel SpaceX als NASA 3D-printende raketmotoren en straalpijpen.

In dit artikel worden 3D-geprinte lucht- en ruimtevaartinterieurcomponenten besproken, het doel ervan, hoe het werkt, de voordelen, nadelen en voorbeelden van 3D-geprinte lucht- en ruimtevaartinterieurcomponenten.

Wat is het doel van het 3D-printen van interieuronderdelen voor de lucht- en ruimtevaart?

Er zijn veel redenen waarom 3D-printen een grote opkomst kent in de lucht- en ruimtevaartindustrie. Het doel van het 3D-printen van de interne componenten van een vliegtuig is het verminderen van het gewicht (wat brandstofverbruik bespaart), het verminderen van materiaalverspilling en het mogelijk maken van een snelle productie van kleine tot middelgrote batches componenten. Bovendien vermindert 3D-printen de noodzaak van het aanleggen van voorraden, omdat CAD-bestanden in een database kunnen worden opgeslagen en indien nodig kunnen worden afgedrukt. Het maakt het ook mogelijk dat componenten tot één onderdeel worden vervaardigd, waardoor montage niet meer nodig is.

Hoe werkt het 3D-printen van interieuronderdelen voor de lucht- en ruimtevaart?

Het 3D-printen van interieurcomponenten uit de lucht- en ruimtevaart volgt hetzelfde proces als elk 3D-geprint onderdeel. In wezen is het enige dat nodig is een CAD-bestand en een 3D-printer. Ervan uitgaande dat een onderdeel al in een CAD-systeem is getekend, kan het bestand vervolgens in plakjes worden gesneden en klaar zijn voor invoer in de 3D-printer. De slicingsoftware verandert het CAD-bestand in een G-code, een reeks vectoren die de 3D-printkop kan volgen om het onderdeel af te drukken. Het bestand wordt vervolgens naar de printer geüpload en afgedrukt. Afhankelijk van de afdruk kan er enige nabewerking nodig zijn. Meestal omvat de nabewerking een schuurtechniek om de draagstructuur van de 3D-print te verwijderen. Dit proces is het meest effectief voor producties in kleine series en producties met een complexe geometrie die anders een lange doorlooptijd en hoge prijs zouden hebben. 

Wat zijn de voordelen van 3D-printen in de lucht- en ruimtevaartindustrie?

De voordelen van 3D-printen in de lucht- en ruimtevaartindustrie zijn:

1. Gewichtsvermindering.
2. Verlaagd brandstofverbruik (door gewichtsvermindering).
3. Verkorte doorlooptijden.
4. Eenvoudig te gebruiken generatief ontwerp. 
5. Geminimaliseerde verspilling.
6. Snelle prototypering. 

Wat zijn de nadelen van 3D-printen in de lucht- en ruimtevaartindustrie?

3D-printen heeft ook zijn nadelen, namelijk:

1. Niet kosten- of tijdbesparend voor grootschalige productie.
2. Beperkt door de grootte van het printbed. 
3. Beperkt door materiaal (hoewel een reeks materialen groeit).
4. Onderdelen zijn anisotroop, met een vermindering van de sterkte in de XY-richting als gevolg van printlagen.
5. Grote kwaliteitsvariaties. 

Voorbeelden van 3D-geprinte toepassingen voor interieurcomponenten in de lucht- en ruimtevaart?

Het aanbod aan 3D-geprinte onderdelen voor lucht- en ruimtevaartinterieurs is grotendeels niet-structureel. Het groeit echter snel. Enkele goede voorbeelden van 3D-geprinte interieurcomponenten zijn:

1. Ventilatieopeningen 
2. Kanalen 
3. Baffles
4. Kabelbeheer
5. Elektrische behuizingen
6. Omslagen
7. Bijsnijden
8. Deurvergrendelingen 
9. Armleuningen 
10. Montagebeugels 

Wat zijn de materialen die worden gebruikt bij het 3D-printen van interieurcomponenten in de lucht- en ruimtevaart?

Er zijn verschillende materialen die geprint kunnen worden voor gebruik in een lucht- en ruimtevaartinterieur. Hieronder vindt u enkele veelvoorkomende materiaalgroepen:

1. Polymeren

Polymeren die vaak worden gebruikt om 3D-componenten te printen, zijn onder meer:PLA (polymelkzuur), ASA (acrylonitril-styreenacrylaat), ABS (acrylonitril-butadieen-styreen), PET (polyethyleentereftalaat) en PC (polycarbonaat). 3D-geprinte polymeeronderdelen zijn lichter dan de onderdelen die ze vervangen, omdat 3D-geprinte onderdelen in wezen hol zijn met een kleine vulling om ondersteuning in het onderdeel te creëren. Plastic 3D-geprinte onderdelen worden met behulp van een 3D-printer vanuit een CAD-bestand geprint en vervolgens gebruikt voor verschillende toepassingen zoals:deksels, kanalen, afstandhouders, gordijnkoppen en bekerhouders. 3D-geprinte onderdelen zijn net zo duurzaam als de onderdelen die ze vervangen, maar missen wel sterkte in de dragende Z-richting. 

2. Koolstofvezel

Koolstofvezel wordt altijd gedrukt in een ander materiaal, zoals nylon of een ander polymeer, en wordt gedrukt in continue of gehakte vezelvorm. De continue vezelvorm wordt door een afzonderlijke printkop in de binnenkant van een polymeeronderdeel gedrukt. De gehakte koolstofvezel is minder dan 1 mm lang en zit in het polymeerfilament dat wordt bedrukt. Er wordt continu koolstofvezel in de belastingspaden gelegd om de sterkte van een onderdeel in een bepaalde richting te vergroten. Terwijl de gehakte koolstofvezel de sterkte in het hele onderdeel vergroot. Enkele voorbeelden van artikelen waarin met koolstofvezel versterkte kunststoffen worden gebruikt, zijn:lichtschakelpanelen, componenten voor de klimaatregeling in de cabine en deursloten. Met koolstofvezel bedrukte onderdelen zijn zeer duurzaam en vervangen veel aluminium onderdelen. 

3. Metaal

Metaal 3D-printen wordt bereikt met behulp van een iets ander proces dan polymeren. Metalen komen in poedervorm en worden vervolgens gesmolten en aan het printbed en de daaropvolgende lagen gesmolten met behulp van een laser in een proces dat selectief lasersinteren (SLS) wordt genoemd. Metalen 3D-geprinte onderdelen komen minder vaak voor omdat metaal wordt gebruikt in meer structurele en vluchtkritische componenten en daarom moeilijker te kwalificeren is. 3D-geprint metaal wordt echter vaak gebruikt in vliegtuigmotoren in lagerhuizen, brandstofsproeiers, temperatuursensoren en warmtewisselaars. 

4. Nylon

Nylon is een 3D-printbaar polymeer. Het verschilt echter van materialen zoals PLA en ABS, omdat nylon flexibeler en duurzamer is. Nylon is minder stijf en sterk dan PLA en ABS, maar heeft een slagvastheid die tien keer zo groot is als ABS. Nylon wordt op dezelfde manier bedrukt als andere polymeren, maar bevat meestal koolstofvezelversterking om de lage sterkte te compenseren. Onyx™, van Markforged, is een met koolstofvezel versterkt nylon dat is gebruikt voor entertainmentconsoles tijdens de vlucht, paneelschakelaars en stoelframes. 

5. Glasvezel

Net als koolstofvezel wordt glasvezel in 3D-geprinte polymeren gebruikt als versterking. Glasvezel wordt geleverd in een continu of gehakt formaat. De gehakte vorm is geïntegreerd in het filament en zorgt voor versteviging van het algemene deel. Terwijl continue vezels versterking bieden voor een bepaald belastingspad. Glasvezel is goedkoper en minder sterk dan koolstofvezel en wordt gebruikt voor toepassingen waarbij koolstofvezel onnodig sterk zou zijn. Ten slotte heeft glasvezel, net als koolstofvezel, een levensduur die hoger is dan de meeste metalen componenten die ze vervangen. 

Wat is de toekomst van het 3D-printen van interieurcomponenten in de lucht- en ruimtevaart?

De toekomst voor 3D-geprinte onderdelen in lucht- en ruimtevaartinterieurs is geweldig. Hoewel er veel toepassingen zijn gevonden voor 3D-printen, zullen er nog veel meer toepassingen volgen. Dit komt omdat 3D-printen opties heeft geopend voor gespecialiseerde componenten zonder gespecialiseerd gereedschap. 3D-printen breidt ook het scala aan materialen uit dat kan worden gebruikt. Er zijn al honderden 3D-geprinte onderdelen in het interieur van luchtvaartmaatschappijen, en dit gebruik zal naar verwachting groeien naarmate de waarde van de Amerikaanse lucht- en ruimtevaart- en defensiemarkt tegen 2026 $5,58 miljard zal bereiken.

Raadpleeg onze handleiding over hoe 3D-printers werken voor meer informatie.

Veelgestelde vragen over het 3D-printen van interieurcomponenten voor de lucht- en ruimtevaart

Gebruikt SpaceX 3D-printers?

Ja, SpaceX gebruikt 3D-printen voor hun raketten. Ze gebruiken deze printers om raketmotoren en straalpijpen te vervaardigen. SpaceX heeft 3D-printers gebruikt om hun SuperDraco-motorkamer vanuit Inconel te printen met behulp van directe metaallasersintering (DMLS). SpaceX heeft ook het Main Oxidizer Valve (MOV)-lichaam voor de Merlin 1D-motor in 3D geprint. Dit onderdeel werd in twee dagen geprint in plaats van dat het zeven maanden duurde om te fabriceren, en heeft een korter onderhoudsschema. 

Gebruikt NASA 3D-printers in de ruimte?

Ja, NASA heeft 3D-printers in de ruimte gebruikt. In 2014 gebruikte NASA een printer van Made In Space, Inc. in het internationale ruimtestation om de voorplaat van een printkop te printen. Het afgedrukte onderdeel werd vervolgens voor analyse teruggestuurd naar de aarde. Uit de resultaten van deze tests bleek dat er geen verschillen waren tussen exemplaren die op aarde en in de ruimte waren gedrukt. Dit heeft veel mogelijkheden geopend voor 3D-printen in de ruimte, waar materialen kunnen worden gerecycled en hergebruikt, in tegenstelling tot de weken of zelfs maanden die nodig zijn om cruciale componenten aan het internationale ruimtestation te leveren. 

Kun je naast interieuronderdelen ook vliegtuigonderdelen in 3D printen?

Ja, er worden 3D-onderdelen gebruikt op alle gebieden van vliegtuigen, inclusief:het interieur, de motoren, de structuur, elektrische en hydraulische systemen en voor gespecialiseerde gereedschappen. Gespecialiseerd gereedschap is een van de oudste toepassingen vanwege de verminderde behoefte aan kwalificatie. Gespecialiseerd gereedschap omvat:mallen, spuitgietgereedschappen, gietvormen en adapters. Vliegtuigen gebruiken ook 3D-geprinte montagebeugels, kleppen, behuizingen en lagerhuizen.

Samenvatting

Dit artikel presenteerde het 3D-printen van interieurcomponenten voor de lucht- en ruimtevaart, legde dit uit en besprak de soorten gebruikte materialen. Neem voor meer informatie over 3D-printen in de lucht- en ruimtevaart contact op met een vertegenwoordiger van Xometry.

Xometry biedt een breed scala aan productiemogelijkheden, waaronder 3D-printen en andere diensten met toegevoegde waarde voor al uw prototyping- en productiebehoeften. Bezoek onze website voor meer informatie of vraag een gratis en vrijblijvende offerte aan.

Auteursrecht- en handelsmerkkennisgevingen

1. Onyx™ is een geregistreerd handelsmerk van Markforged.

Disclaimer

De inhoud die op deze webpagina verschijnt, is uitsluitend voor informatieve doeleinden. Xometry geeft geen enkele verklaring of garantie van welke aard dan ook, expliciet of impliciet, met betrekking tot de nauwkeurigheid, volledigheid of geldigheid van de informatie. Eventuele prestatieparameters, geometrische toleranties, specifieke ontwerpkenmerken, kwaliteit en soorten materialen of processen mogen niet worden afgeleid als representatief voor wat externe leveranciers of fabrikanten via het netwerk van Xometry zullen leveren. Kopers die offertes voor onderdelen zoeken, zijn verantwoordelijk voor het definiëren van de specifieke vereisten voor die onderdelen. Raadpleeg onze algemene voorwaarden voor meer informatie.

Dean McClements

Dean McClements is afgestudeerd aan de B.Eng Honours in Werktuigbouwkunde en heeft meer dan twintig jaar ervaring in de productie-industrie. Zijn professionele carrière omvat belangrijke functies bij toonaangevende bedrijven zoals Caterpillar, Autodesk, Collins Aerospace en Hyster-Yale, waar hij een diep inzicht ontwikkelde in technische processen en innovaties.

Lees meer artikelen van Dean McClements