Fabricação de aditivos com compostos na indústria aeroespacial e defesa

Insights de um engenheiro da Força Aérea sobre as aplicações do DoD de manufatura aditiva e a crescente influência da impressão 3D na indústria

Jordan Weininger é um engenheiro de Compostos Avançados da Força Aérea dos Estados Unidos. Ele trabalha no Advanced Composites Office na Hill Air Force Base. As opiniões compartilhadas por Jordan Weininger aqui são baseadas em suas próprias experiências e não refletem as opiniões da Força Aérea dos EUA.

As tecnologias de fabricação do futuro já estão aqui, mas o desafio é fazer com que essas tecnologias cheguem às indústrias onde possam fazer a diferença. Não se trata apenas de criar a tecnologia, trata-se de garantir que você tenha processos repetíveis e permitidos de base B - as propriedades mecânicas mínimas permitidas necessárias para projetar uma peça com um material específico - a fim de implementar essas novas tecnologias no mundo real.

Por meio de meu trabalho atual em engenharia de compósitos com o grupo de compósitos avançados na Base Aérea de Hill, tive a sorte de obter insights sobre as aplicações da tecnologia de manufatura aditiva avançada na indústria aeroespacial e de defesa, bem como as implicações maiores para o 3D industrial impressão fora do DoD.

Engenharia composta na Força Aérea dos EUA

Engenharia composta é um campo que se aplica a mais e mais indústrias a cada ano. O desejo de trabalhar neste tipo de campo me levou à Força Aérea e, especificamente, ao Escritório de Compostos Avançados. Este é um escritório da Força Aérea, mas apoiamos todas as organizações do DoD. Além dos problemas de projeto, análise, engenharia e reparo de compósitos, também ministramos cursos de uma semana para organizações do DoD e seus funcionários. Esses cursos incluem um currículo que cobre uma introdução à engenharia de compósitos e um curso de treinamento técnico mais avançado. Nesses cursos, alunos de todo o DoD podem obter experiência prática em projetar e reparar materiais compostos.

Expansão industrial da impressão 3D

Em meu tempo de trabalho em vários setores, vi inúmeras histórias sobre problemas de prototipagem de solução de aditivos para empresas, especialmente para pequenas empresas. No ciclo de vida da manufatura de pequenas empresas, a capacidade de criar protótipos de componentes funcionais antes de seguir as etapas necessárias para aumentar a produção em massa é crucial para o sucesso.

Com os diversos materiais imprimíveis de hoje - variando de metais a compostos e termoplásticos mais úteis do que apenas PLA - a impressão 3D permite testes funcionais e de ajuste para engenheiros e realmente fornece o meio de digitalização necessário para fazer um caso de negócios nos estágios iniciais de desenvolvimento de produto . Não é necessariamente a peça aditiva que resolve um problema completamente, mas a impressão 3D em geral. A tecnologia de impressão 3D enriquece muitas etapas cruciais no processo de design que torna os problemas de produção mais fáceis de resolver.

Acho que veremos o crescimento da manufatura aditiva em ferramentas:suportes e dobradiças, montagens e auxiliares de oficina. Em um futuro próximo, veremos a impressão 3D abrangendo o espaço de peças de uso final funcional. Tudo começou com PLA, que todos podem imprimir em suas garagens. Agora, com empresas como a Markforged sendo capazes de imprimir compostos e metais, esses materiais mais resistentes e úteis abrem uma nova porta para a manufatura aditiva.

A qualidade e a resistência dos materiais disponíveis para impressão 3D mudam as opções econômicas e tecnológicas para todos os tipos de negócios. Agora, se for uma peça de baixa produção, a impressão 3D é mais barata do que executar um molde ou peças CNC a partir de um tarugo. Isso realmente abre a porta para um conjunto de novas indústrias a adotar a impressão 3D.

Por que a Força Aérea está se transformando em um aditivo

As aplicações diretas para impressão 3D na Força Aérea e nas Forças Armadas também estão crescendo. Existem duas áreas principais que se aplicam diretamente ao uso militar da manufatura aditiva.

1 Produção de pequenos lotes: Para as aeronaves em que trabalhamos especificamente, não estamos fabricando centenas de milhares de peças, como você faria com uma peça de produção. As aplicações aeroespaciais e militares são, em sua maioria, pequenas séries de produção e, às vezes, essas peças podem ser produzidas em campo, dependendo da tecnologia de manufatura aditiva disponível.

2. Fabricação Distribuída: O poder do aditivo também está em suas propriedades distribuídas. Quando as impressoras 3D podem ser colocadas de forma barata em várias bases, se algo quebrar, você não precisa enviar uma nova peça de todo o mundo. Você não precisa depender de uma única fonte de produção com manufatura aditiva. Várias impressoras em vários locais podem criar peças.

Devido a esses fatores, vejo a manufatura aditiva desenvolvendo um papel muito maior em aplicações militares e aeroespaciais.

Ferramentas Aditivas para Reparos de Aeronaves Envelhecidos - MRO

O escritório de compostos avançados tem a tarefa de encontrar soluções em design, análise, engenharia e reparo de compostos, especificamente por meio do Centro de Gerenciamento do Ciclo de Vida, que cobre os reparos de aeronaves antigas. Freqüentemente, ferramentas originais para aeronaves foram destruídas ou perdidas, e podemos usar aditivos para potencialmente fazer novas ferramentas para essas aeronaves, a fim de mantê-las voando.

Um dos meus principais objetivos é desenvolver ferramentas aditivas para que possamos fazer compostos para essas aeronaves. Ao fazer peças para uma aeronave envelhecida em que não temos mais ferramentas ou dados CAD, às vezes criamos uma digitalização 3D de uma peça existente e, em seguida, retrocedemos a partir daí para fazer um modelo que podemos imprimir em 3D e usar como um ferramenta para essa parte.

Fabricação de aditivos para ferramentas compostas

Quando se trata do escritório de compostos avançados, estamos interessados na impressão 3D de uma perspectiva de compostos e como isso pode ajudar no processo de fabricação. Atualmente, muitas empresas usam peças impressas em 3D Fused Deposition Modeling (FDM) em grande escala, mas precisam postar as peças da máquina depois que saem da impressora antes de prepará-las para um laboratório de composição. Isso significa que eles têm que imprimir em 3D um desenho CAD preciso ou modelo CAD e, em seguida, colocá-lo em uma máquina CNC, máquina de volta e, em seguida, preparar para layup composto com uma mistura de selantes para torná-lo estanque a vácuo e agentes desmoldantes. Essa é uma etapa - colocá-la no CNC - que gostaríamos de eliminar porque tira muitas das vantagens das ferramentas de manufatura aditiva.

Do meu ponto de vista, muitas das vantagens das ferramentas de manufatura aditiva é que você obtém uma peça precisa para o seu projeto CAD com rapidez e facilidade. Se você tiver que usinar esse molde antes de usá-lo para fazer uma peça composta, também pode usar algum tipo de cartão para ferramentas, que será muito mais barato e fácil de usinar. No entanto, se pudermos eliminar a etapa de pós-usinagem, você poderá economizar muito tempo e energia. Se produzirmos uma peça impressa em 3D com acabamento superficial à prova de vácuo sem pós-usinagem, lixamento manual ou qualquer coisa em que você possa diminuir a precisão da geometria, posso ver um mundo onde a manufatura aditiva é amplamente usada para ferramentas compostas. Essa é uma área de alto impacto que está no horizonte para a impressão 3D.

Créditos de imagem: Galeria de fotos da Base Aérea de Hill

Qual é o papel da impressão 3D na manufatura enxuta? Projeto para estratégias de impressão 3D de manufatura aditiva (DfAM)

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