הדפסה תלת מימדית, הידוע גם כייצור תוספים, יש התפתחות אבטיפוס משתנה ביסודה על פני תעשיית החלל, עם מטוסים flaps עומד כדוגמה עיקרית של ההשפעה שלה. מהנדסים עכשיו למנף את הטכנולוגיה הזו כדי ליצור חלקים מדויקים, מורכבים במהירות וביעילות, מאיץ עיצוב מסלולים וטיפוח חדשנות על פני השטח של בקרת טיסה.

הדפסה 3D ב- Aerospace

המגזר אווירופייס דורש רכיבים קלים, חזקים, ואווירדינמיים יעיל.שיטות ייצור מסורתיות כגון CNC machining, ליהוק, ועיבוד דורשים תבניות יקרות וכלים, עם זמנים מובילים שיכולים למתוח משבוע עד חודשים.עבור פיתוח אבטיפוס, מגבלות אלה מגבילות במיוחד כי שינויים עיצוב דורשים ייצור גמיש על ידי עצירות אלה על ידי בנייה של שכבות על ידי מודלים דיגיטליים, המאפשרים מודלים של 3D, כדי לייצר שבועות של מודלים פונקציונליים במקום שבועות של מודלים פונקציונליים במקום שבועות.

מספר רב של טכנולוגיות הדפסה 3D מצאו יישומי אווירוקל. Fuse Deposition Modeling (FDM) משמש לעתים קרובות עבור מודלים קונספט וחלקים לא-מבנה באמצעות thermoplastics כמו ULTEM או PEEK Stereoliography (SLA) מציע פתרון גבוה יותר עבור צורות אווירודינמיות מפורטות.ל- לייזר ® (SLS) ו- Multi Fusion MJF) לייצר שיטות אבטחה חזקות עבור רכיבי מתכת מתאימים (SDic)

על פי דו"ח של המכון הלאומי של התקנים וטכנולוגיה, ייצור תוספים יכול להפחית את זמני ההובלה על ידי 50-70% עבור חלקי אבטיפוס תוך חיתוך עלויות כלי הרכב.נאס"א השתמשה בהדפסה 3D עבור רכיבי מנוע טילים וכעת היא בוחנת את השימוש שלה עבור משטחים בקרת מטוסים.מינהל התעופה הפדרלי (FAA) הדרכה על ייצור תוספים מתפתחת, עם יישומית מעגלית החוצה תהליכי הסמכה עבור חלקים מודפסים.

יתרונות הדפסה תלת-ממדית עבור מטוסים פלאפס

מטוסים הם מכשירים הרמתיים גבוהים המשתרעים מן קצה השביל של כנפיים כדי להגדיל את המעלית במהירויות נמוכות.הם חייבים לסבול עומסים אווירודינמיים משמעותיים תוך שמירה על צורות מדויקות ובנייה קלה.

  • (FLT:0Speed:03:E) 1 (בקיצור של אבטיפוס מעוקל ניתן להדפיס בין לילה, בעוד כלי מסורתי עשוי לקחת שבועות.ההפך המהיר הזה מאפשר לצוותי עיצוב לבחון מספר רב של חומרים בשבוע אחד.
  • ייצור אצווה קטן מבטל את הצורך בתבניות הזריקה יקרות או התאמות ממותגות מותאמות אישית.
  • (FLT:0)Complex Geometries:FLT:1 Flaps לעתים קרובות תכונה משטחים מעוקלים, צלעות פנימיות, נקודות החזקות שקשה למכונה. 3D הדפסה יכול לייצר תכונות אלה כיצירה אחת, צמצום המורכבות של הרכבה ונקודות כשל פוטנציאלי.
  • (FLT:0)Customization: מטוסים שונים דורשים עיצובים ייחודיים של צנרת.דפסת תלת-ממדית מאפשרת למהנדסים לפרמטרים tweak כגון אורך אקורד, דה זווית, חיזוק פנימי ללא התפוגגות.

מעבר לכך, הדפסה תלת-ממדית מאפשרת שילוב של חיישנים במהלך תהליך ההדפסה. מהנדסים יכולים להטביע מדפי זנים או thermocouples ישירות לתוך אבטיפוס flap כדי לפקח על ביצועים בזמן אמת במהלך בדיקות מנהרות רוח.יכולת זו מספקת נתונים עשירים יותר מאשר חיישן לאחר ייצור מצורפת ומפחיתה את זמן ההתקנה של כלי הרכב.

פיתוח מטוסים פלאפס

מחזור הפיתוח של מטוס חדש בדרך כלל ממשיך עיצוב מושגי באמצעות דינמיקות נוזל חישובי (CFD) סימולציות, בדיקת מנהרות רוח, אימות מבני ובדיקת טיסה. 3D. ממלא תפקיד קריטי בכל אחד מהשלבים האלה.

עיצוב קונספטואלי וקדם-מימין

במהלך תכנון מוקדם, מהנדסים יכולים להדפיס פיסות בקנה מידה קטן או חלקי כדי להעריך צורות אווירודינמיות ושילוב עם מבנים כנף.חלקים אלה אינם דורשים כוח מלא אבל חייב לייצג במדויק את הקוטור החיצוני. מתקדם SLA או מדפסות פוליג'ט לספק משטחים חלקה כי להפחית לאחר עיבוד. קבוצה של 5 גרסאות עיצוב ניתן לייצר בריצה אחת, המאפשר בדיקות השוואתיות.

מנהרת רוח Prototypes

מודלים של מנהרה רוח דורשים גיאומטריה מדויקת ומשטח להשלים כדי ליצור נתונים אווירודינמיים אמין. הדפסה מתכת 3D באמצעות אלומיניום או טיטניום מבטיח כי אפס אב טיפוס להתאים את הנוקשות ואת חלוקת משקל של חלקי ייצור סופיים. החוקרים יכולים להתאים במהירות פרמטרים כגון פער פליפה או חפיפה על ידי גרסאות הדפסה משתנות.לדוגמה, בואינג השתמשה DMLS כדי לייצר מסלולים הוגנים עבור בדיקות רוח, צמצום העיצוב משש חודשים.

מבחן סטריקט ושומן

כדי לאמת ביצועים מכניים, flaps חייב לעבור בדיקות עומס סטטי ועייפות רכיבה על אופניים. 3D-printed אבטיפוס באמצעות thermoplastics ביצועים גבוהים (למשל, PPSU או PEEK עם חיזוק סיבים פחמן) יכול לדמות את ההתנהגות של מבנים מתכת.חומרים אלה מציעים יחס גבוה במשקל עד משקל והתנגדות למהנדסים מצמררים.

אינטגרציה ו- Fit Checks

צעד קריטי הוא לוודא כי הטיפ מתאים כראוי עם כנף, אקטוטורים, ועוקב אחר מנגנונים. 3D מודפס מלא פלחי חטיפה מאפשר לצוותים של האסיפה להעריך נקה, כוחות הפעלה, והיערכות פוטנציאלית בעיות מזוהות מוקדם, חיסכון בעלויות עבודה. Airbus דיווחה באמצעות SLA-printed אבטיפוס עבור בדיקות ראשונות מתאימים, צמצום זמן ההטלה על ידי 60%.

חומרים עבור 3D-Printed Flap Prototypes

הבחירה של החומר תלויה בכוח הנדרש של אב הטיפוס, עמידות לטמפרטורה, והשלמת פני השטח של חומרים משותפים כוללים:

  • (FLT:0)ULTEM 9085 (PEI)veFLT:1) - תרמופלסטי בעל שם לב לשימוש אבטיפוס FDM. זה מציע כוח טוב ויחס גבוה במשקל, עם טמפרטורה הפעלה עד 216 מעלות צלזיוס.זה נפוץ עבור ducting וחלקים פנימיים, אבל גם עבור אבטיפוס לא-טיפוסי.
  • (FLT:0)PA12 (Nylon 12)FIRLT:1) חומר SLS המספק התנגדות השפעה מעולה וחוזק עייפות.זה מתאים לאטיפוס פונקציונליים העוברים טעינה חוזרת.
  • (FLT:0) אל-Si10Mg (Aluminumסגסוגת)FLT:1 - חומר DMLS נפוץ.It משלב משקל נמוך עם כוח גבוה ו מוליכות תרמית טובה.שימוש עבור אבטיפוס מתכת הדורש ביצועים מבניים קרוב לייצור ⁇ .עשרsile הוא בערך 460 MPa במצב בנוי.
  • (FLT:0)Ti6Al4V ( ⁇ טיטניום) ⁇ FLT:1 - מציע יחס כוח-משקל יוצא דופן והתנגדות קורוזיה בשימוש עבור אב-טיפוסי מטען גבוה, כגון משחתתת כפיים.חומר הוא מאתגר מכונה אך מתאים היטב לאבקת היתוך מיטה.
  • (FLT:0)Carbon-fiber-reinforced PEEKearsFLT:1 - filament מורכבת ביצועים גבוהים שניתן להדפיס על מדפסת FDM שונה.הוא מציע נוקשות דומה לאלומיניום תוך כדי להיות בהיר יותר.

זמינות חומרית וההסמכה הם שיקולים מרכזיים.עבור אבטיפוסים קריטיים לטיסה, חומרים חייבים להקים מסדי נתונים ועקביות של ארגונים כמו FAA ו-EASA דורשים תכונות חומריות עקביות המאומתות באמצעות בקרת תהליכים סטטיסטית.

עיצוב גמישות ואופטימיזציה

אחד ההיבטים החזקים ביותר של הדפסה תלת מימדית הוא היכולת ליצור עיצובים אופטימיזציה כי להפחית במשקל ללא הקרבה כוח. מבני Flap יכולים לכלול צמיגים של רגישות משתנה, שבו סטרוטים עבה מופיעים ליד נקודות החזקות ומטים קלים יותר ממלאים את הליבה.

אופטימיזציה טופולוגיה מוחל גם על flaps. a המסורתית flap עשוי להשתמש עור עם צלעות פנימיות וספארס. עם ייצור תוספת, מהנדסים יכולים לעצב מבנה יחיד המשלב את העור, ribs, והפעלה תכונות המצורפות.חלק הוא הורד ממודל CAD מודפס ללא איסוף.

ערוצים פנימיים עבור קווי חיפוש או הידראוליים יכולים להיבנות ישירות לתוך המבנה השברירי.יכולות האלה, הידועות בשם "ייצור רפורמי", נמנעים מקונפדרציה חיצונית שמוסיף גרר ומשקל.כפי שלעתים קרובות בתים אלמנטים של חימום נגד עכברים או חיישן מתפתל, מה שמטמת את הערוצים האלה מפשטת אינטגרציה.

בדיקה ואימות של 3D-Printed Flap Prototypes

בדיקות תורו הוא חיוני כדי להבטיח כי אבטיפוס מודפס 3D מייצג באופן מדויק את ההתנהגות של חלקי ייצור סופיים.בדיקה כוללת בדרך כלל:

  • (FLT:0)Geometric Inspection: 1 (FLT) - שימוש בסורק לייזר או לתאם מכונות מדידה (CMM) כדי לאמת דיוק ממדי נגד מודל ה-CAD.שכבת מדרגה היא פריט נפוץ בחלקים FDM שעשוי לדרוש חול או ציפוי לבדיקה אירובית.
  • (FLT:0) בדיקות מכניות (Mechanical TestingFLT:1) - Tensile, דחוס, ובדיקות גמישות על דגימות קופונים מודפסות במקביל עם אב הטיפוס.זה מאשר כי התכונות החומריות תואמות את הנחות העיצוב.
  • (FLT:0) מנהרה של WIND TestingFLT:1 - prototype flaps מותקנים על מודל כנף נתון כדי לשנות זוויות של התקפה ו de השתקפות. לחץ ואיזון כוח למדוד את המעלית, לגרור ולעמוד רגע.הנתונים הם בהשוואה לתחזיות CFD כדי לאמת מודלים סימולציה.
  • (FLT:0)Fatigue ו- DurabilityFLT:1 - סיקלי מדמה פריסה חוזרת מחזורי רגרסציה מחדש.עבור אבטיפוס מפלסטיק, גבול העייפות הוא לעתים קרובות נמוך יותר ממתכת, כך מהנדסים חייבים לקחת בחשבון הבדלים חומריים כאשר הם מפרשים תוצאות.
  • (FLT:0) בדיקות סביבתיות (Environmental TestingFLT:1), רכיבה על טמפרטורה, חשיפה ללחות ובדיקות קרינה אולטרה סגולות להבטיח את יציבות החומר האבטיפוס במהלך קמפיינים מורחבים של בדיקות.

ה-FLT:0 (FAA של Airworthness ProcessrovalFLT:1) הוא מעודכן לכלול ייצור תוספת. עבור אבטיפוס שרק מודיע עיצוב (לא בשימוש במטוס בפועל), פחות הסמכה קפדנית חלת. עם זאת, אם חלק מודפס מיועד לטיסה, זה חייב לעקוב אחר תוכנית הסמכה הכוללת מעקב חומרים, בקרה, הערכה לא הרסנית (למשל, CTS) אשר מפתחת סטנדרטים כגון DTMS, כגון תקן הסמכה של AS29, תקן ניהול, ASS.

אתגרים ב 3D הדפסה עבור מטוסים פלאפס

למרות היתרונות הרבים שלה, הדפסה תלת-ממדית עבור אב-טיפוס של צנרת אינה ללא אתגרים. גודל חלק הוא הגבלה ראשונית.מרבית המדפסות התעשייתיות לבנות מעטפות של 600-900 מ"מ במימד אחד, הגבלת חלקים גדולים של ערימה.פלים באורך מלא עבור מטוסים מסחריים גדולים דורשים מספר חלקים מודפסים שיש להצטרף אליהם, עם זאת, מערכות ייצור רובוטיות ומדפסת FDM גדול מחברות כמו צמיגים גדולים כמו צמיגים גדולים כדי להרחיב כמה מטרים.

סיומו של Surface הוא עוד דאגה.השכבות בנויות יכול להיות קשה, המשפיע על הביצועים האירודינמיים בבדיקות מנהרות רוח. פוסט-מעבד כגון חול, החלקה כימית, או מאצ'ינג עשוי להיות נחוץ.חלקי מתכת מ-DMLS בדרך כלל דורשים הסרת תמיכה ולעתים קרובות צריך מילימטר באזורים קריטיים.

Anisotropy - הנכס של יש כוחות מכניים שונים בכיוונים שונים - הוא מאפיין של חלקים מודפסים תלת-ממדיים. עבור FDM, אג"ח בין-שכבות חלשות, ולכן חלקים חזקים ביותר במטוס XY. מהנדסים חייבים או לאפשר את הבנייה ליישר את הכיוון השכבתי עם נתיב העומס הראשי.SLS ו- MJF מציעים התנהגות איזוטרופית יותר, אך עדיין להפגין הבדלים קלים לבדיקה עבור עיצובים, יש צורך זה, ולפתח את האוריינטציה, יש לחיקוי, יש צורך, כדי לאמת את האוריינטציה, יש צורך ויזואלית, יש צורך סימולציה של המכוונים לחיקוי, כי יש צורך סימולציה של המגמות כי צריך להיות ויזואלית.

הסמכה חומרית נותרה מאתגרת עבור חלקים מקרויים לטיסה.כל מדפסת ו אצווה חומרית יכולים לייצר תכונות שונות, הדורשות תיעוד נרחב.הדרך מטיפוס להפקה היא אפוא יותר עבור רכיבים קריטיים בטיחותיים.

פרספקטיבה עתידית

כמו טכנולוגיות ייצור תוספים בוגר, תפקידם בפיתוח ה-Freap יתרחב.מגמות מפתח כוללות:

  • (FLT:0)Larger Build EnvelopesFIRLT:1) - מדפסות חדשות עם בנייה של מעל 1.5 מטרים יאפשרו חלקי ערימה מלאים למטוסים אזוריים.בואינג השקיעה במדפסות בפורמט גדול עבור רכיבי פתיחת, אשר ניתן להתאים לחלקים כנף.
  • (FLT:0) הדפסה מאטרית-מטאיירית (Material Printing) 1 (שלב חומרים נוקשים וגמישים בדפוס אחד יכול לייצר קפיצות עם קצוות מובילים משותפים או משטחים משולבים.
  • (FLT:0)Continent סיבים ReinforcementmentmentmentmentFIRLT:1) - טכנולוגיות כמו מרקומנט הסיבים הרציונאלי של מארק פורוורד להטביע פחמן או סיבי זכוכית רצופים בתוך מטריצה תרמופלסטית, ומייצרות חלקים עם קשיחות מתקרבת למתכת.
  • (FLT:0) In-Situture MonitoringFLT:1 - מדפסות מתקדמות משלבות חיישנים עבור הדמיה תרמית, ניטור בריכה, ו מעקב בגובה שכבתי.זה מבטיח עקביות איכות ומספק נתונים להסמכה.
  • (FLT:0) ייצור ההיברידיד (Hybrid ManufacturingFLT:1) - שילוב של תוספים עם תהליכים תת-טרקטיים (למשל, מילימטר) במכונה אחת מאפשר חלקים עם סובלנות טובה ומשטחים חלק ישירות מהמדפסה.

(FLT:0) פרויקט Composites מתקדם של נאס"א: הוא חוקר ייצור תוספת לייצור מורכב גבוה, כולל מבני כנף.המטרה היא לייצר 60% של מבנה כנף באמצעות תהליכים אוטומטיים, עם הדפסת 3D משחק תפקיד מפתח ביצירת ליבת מורכבת גיאמטריה מורכבת.

לסיכום, הדפסה תלת מימדית הוכיחה את עצמה כלי טרנספורמטיבי לפיתוח אבטיפוס של מטוסים flaps.היכולת שלה לייצר גיאוגרפית מורכבת במהירות, להפחית עלויות, ומאפשרת תכנון ההצתה להאיץ את החדשנות.בעוד אתגרים נשארים בגודל, משטח, הסמכה, התקדמות מתמשכת בחומרים, מדפסת, ומעבדת שליטה על מחסומים אלה.