Revolucionando interiores aeroespaciais:como a impressão 3D reduz peso, velocidade e custo

Desde o seu início, a indústria aeroespacial tem tentado reduzir o peso das aeronaves por todos os meios necessários. A impressão 3D é um método relativamente novo para atingir esse objetivo. As peças impressas em 3D são quase sempre produzidas de forma mais rápida, leve e barata do que suas contrapartes fabricadas convencionalmente. Isso levou a uma adoção massiva de peças impressas em 3D no interior das aeronaves, bem como em todos os outros aspectos da aeronave. Não são apenas aeronaves, mas também foguetes que encontraram uso para a impressão 3D, com motores e bicos de foguetes de impressão 3D da SpaceX e da NASA.

Este artigo discutirá componentes internos aeroespaciais impressos em 3D, sua finalidade, como funcionam, as vantagens, desvantagens e exemplos de componentes internos aeroespaciais impressos em 3D.

Qual é o objetivo da impressão 3D de componentes interiores aeroespaciais?

Existem muitas razões pelas quais a impressão 3D está tendo uma grande aceitação na indústria aeroespacial. O objetivo da impressão 3D dos componentes internos de uma aeronave é reduzir o peso (o que economiza consumo de combustível), reduzir o desperdício de material e permitir a produção rápida de lotes pequenos e médios de componentes. Além disso, a impressão 3D reduz a necessidade de armazenamento, pois os arquivos CAD podem ser salvos em um banco de dados e impressos conforme necessário. Também permite que os componentes sejam fabricados em uma única peça, eliminando a necessidade de montagem.

Como funciona a impressão 3D de componentes interiores aeroespaciais?

A impressão 3D de componentes interiores aeroespaciais segue o mesmo processo de qualquer peça impressa em 3D. Essencialmente, tudo o que é necessário é um arquivo CAD e uma impressora 3D. Supondo que uma peça já tenha sido desenhada em um sistema CAD, o arquivo pode então ser fatiado e pronto para entrada na impressora 3D. O software de fatiamento transforma o arquivo CAD em um código G, que é uma série de vetores que o cabeçote de impressão 3D pode seguir para imprimir a peça. O arquivo é então carregado na impressora e impresso. Dependendo da impressão, pode ser necessário algum pós-processamento. Normalmente, o pós-processamento envolve uma técnica abrasiva para remover a estrutura de suporte da impressão 3D. Este processo é mais eficaz para produções de pequenos lotes e produções com geometria complexa que, de outra forma, teriam um longo prazo de entrega e um preço alto. 

Quais são as vantagens da impressão 3D na indústria aeroespacial?

As vantagens da impressão 3D na indústria aeroespacial são:

1. Redução de peso.
2. Redução do consumo de combustível (devido à redução de peso).
3. Prazos de entrega reduzidos.
4. Design generativo fácil de usar. 
5. Resíduos minimizados.
6. Prototipagem rápida. 

Quais são as desvantagens da impressão 3D na indústria aeroespacial?

A impressão 3D também tem suas desvantagens:

1. Não é rentável em termos de custo ou de tempo para produção em grande escala.
2. Limitado pelo tamanho da base de impressão. 
3. Limitado por material (embora uma variedade de materiais esteja crescendo).
4. As peças são anisotrópicas, com redução de resistência nas direções XY devido às camadas de impressão.
5. Grandes variações de qualidade. 

Exemplos de aplicações de componentes internos aeroespaciais impressos em 3D?

A gama de peças impressas em 3D para interiores aeroespaciais é principalmente não estrutural. No entanto, está crescendo rapidamente. Alguns exemplos principais de componentes interiores impressos em 3D são:

1. Ventilação 
2. Dutos 
3. Defletores
4. Gerenciamento de cabos
5. Caixas elétricas
6. Capas
7. Cortar
8. Travas de porta 
9. Apoios de braços 
10. Suportes de montagem 

Quais são os materiais usados na impressão 3D de componentes interiores aeroespaciais?

Existem vários materiais que podem ser impressos para uso em interiores aeroespaciais. Abaixo estão alguns dos grupos de materiais comuns:

1. Polímeros

Os polímeros comumente usados para imprimir componentes 3D incluem:PLA (ácido polilático), ASA (acrilato de acrilonitrila estireno), ABS (acrilonitrila butadieno estireno), PET (tereftalato de polietileno) e PC (policarbonato). As peças impressas em 3D de polímero são mais leves do que as peças que substituem, pois as peças impressas em 3D são essencialmente ocas, usando um pequeno preenchimento para criar suporte dentro da peça. As peças plásticas impressas em 3D são impressas a partir de um arquivo CAD usando uma impressora 3D e depois usadas para diversas aplicações, como:tampas, dutos, espaçadores, cabeçotes de cortinas e porta-copos. As peças impressas em 3D são tão duráveis ​​quanto as peças que substituem; no entanto, carecem de resistência na direção Z de suporte de carga. 

2. Fibra de Carbono

A fibra de carbono é sempre impressa em outro material, como náilon ou outro polímero, e é impressa na forma de fibra contínua ou cortada. A forma de fibra contínua é impressa por um cabeçote de impressão separado nas partes internas de uma peça de polímero. A fibra de carbono cortada tem menos de 1 mm de comprimento e está contida no filamento de polímero que está sendo impresso. A fibra de carbono contínua é colocada nos caminhos de carga para aumentar a resistência de uma peça em uma direção específica. Já a fibra de carbono picada aumenta a resistência de toda a peça. Alguns exemplos de itens em que são utilizados plásticos reforçados com fibra de carbono são:painéis de interruptores de luz, componentes de controle climático da cabine e travas de portas. As peças impressas em fibra de carbono são altamente duráveis ​​e substituem muitas peças de alumínio. 

3. Metal

A impressão 3D de metal é obtida usando um processo ligeiramente diferente dos polímeros. Os metais vêm na forma de pó e são então derretidos e fundidos à base de impressão e às camadas subsequentes usando um laser em um processo conhecido como sinterização seletiva a laser (SLS). As peças metálicas impressas em 3D são menos comuns, pois o metal é usado em componentes mais estruturais e críticos para o voo e, portanto, é mais difícil de qualificar. No entanto, o metal impresso em 3D é comumente usado em motores de aeronaves em caixas de rolamentos, bicos de combustível, sensores de temperatura e trocadores de calor. 

4. Náilon

O nylon é um polímero imprimível em 3D. No entanto, é diferente de materiais como PLA e ABS porque o náilon é mais flexível e durável. O nylon é menos rígido e forte que o PLA e o ABS, mas tem uma resistência ao impacto dez vezes maior que o ABS. O nylon é impresso da mesma forma que outros polímeros, porém geralmente inclui reforço de fibra de carbono para compensar sua baixa resistência. Onyx™, da Markforged, é um náilon reforçado com fibra de carbono que tem sido usado em consoles de entretenimento de bordo, interruptores de painel e estruturas de assentos. 

5. Fibra de vidro

Da mesma forma que a fibra de carbono, a fibra de vidro é usada em polímeros impressos em 3D como reforço. A fibra de vidro vem em formato contínuo ou picado. A forma cortada é integrada ao filamento e fornece reforço para a parte geral. Considerando que a fibra contínua fornece reforço para um caminho de carga específico. A fibra de vidro é mais barata e menos resistente que a fibra de carbono e é usada para aplicações nas quais a fibra de carbono seria desnecessariamente forte. Finalmente, a fibra de vidro, tal como a fibra de carbono, tem uma resistência à fadiga superior à da maioria dos componentes metálicos que substitui. 

Qual é o futuro da impressão 3D de componentes internos no setor aeroespacial?

O futuro das peças impressas em 3D em interiores aeroespaciais é grande. Embora muitos aplicativos sejam encontrados para impressão 3D, há muitos outros aplicativos por vir. Isso ocorre porque a impressão 3D abriu opções para componentes especializados sem ferramentas especializadas. A impressão 3D também está expandindo a gama de materiais que podem ser usados. Já existem centenas de peças impressas em 3D no interior das companhias aéreas, e espera-se que esta utilização cresça à medida que o valor do mercado aeroespacial e de defesa dos EUA deverá atingir 5,58 mil milhões de dólares até 2026.

Para obter mais informações, consulte nosso guia sobre Como funcionam as impressoras 3D.

Perguntas frequentes sobre impressão 3D de componentes interiores aeroespaciais

A SpaceX usa impressoras 3D?

Sim, a SpaceX usa impressão 3D em seus foguetes. Eles usam essas impressoras para fabricar motores e bicos de foguetes. A SpaceX usou impressoras 3D para imprimir a câmara do motor SuperDraco em Inconel usando sinterização direta a laser de metal (DMLS). A SpaceX também imprimiu em 3D o corpo da válvula oxidante principal (MOV) para o motor Merlin 1D. Esta peça foi impressa em dois dias em vez de levar sete meses para ser fabricada e tem um cronograma de manutenção reduzido. 

A NASA usa impressoras 3D no espaço?

Sim, a NASA usou impressoras 3D no espaço. Em 2014, a NASA usou uma impressora fabricada pela Made In Space, Inc., na estação espacial internacional, para imprimir uma placa frontal do cabeçote de impressão. A parte impressa foi então devolvida à Terra para análise. Os resultados desses testes mostraram que não houve diferenças entre os espécimes impressos na Terra e no espaço. Isto abriu muitas oportunidades para a impressão 3D no espaço, onde os materiais podem ser reciclados e reutilizados, em oposição às semanas ou até meses que leva para entregar componentes críticos à estação espacial internacional. 

É possível imprimir peças de avião em 3D além dos componentes internos?

Sim, existem peças 3D usadas em todas as áreas das aeronaves, incluindo:interior, motores, estrutura, sistemas elétricos e hidráulicos e ferramentas especializadas. O ferramental especializado é uma das aplicações mais antigas devido à reduzida necessidade de qualificação. As ferramentas especializadas incluem:gabaritos, ferramentas para moldes de injeção, moldes de fundição e adaptadores. As aeronaves também usam suportes de montagem, válvulas, carcaças e caixas de rolamentos impressos em 3D.

Resumo

Este artigo apresentou componentes interiores aeroespaciais de impressão 3D, explicou-os e discutiu os tipos de materiais utilizados. Para saber mais sobre impressão 3D no setor aeroespacial, entre em contato com um representante da Xometry.

A Xometry oferece uma ampla gama de recursos de fabricação, incluindo impressão 3D e outros serviços de valor agregado para todas as suas necessidades de prototipagem e produção. Acesse nosso site para saber mais ou solicitar um orçamento gratuito e sem compromisso.

Avisos de direitos autorais e marcas registradas

1. Onyx™ é uma marca registrada da Markforged.

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Dean McClements

Dean McClements é graduado em Engenharia Mecânica com mais de duas décadas de experiência na indústria de manufatura. Sua jornada profissional inclui funções significativas em empresas líderes como Caterpillar, Autodesk, Collins Aerospace e Hyster-Yale, onde desenvolveu um profundo conhecimento de processos e inovações de engenharia.

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