3D-печать в авиации — конструкционные пластики и металлы

3D-печать в авиации — конструкционные пластики и металлы

В этой статье: в вертолете Boeing Chinook тоже есть детали напечатанные 3D-принтером.

Сегодня мы хотим рассказать о 3D-печати при создании полноценных действующих прототипов и серийных моделей авиатехники. Stratasys уже не монополист в этой области, другие производители догоняют ее по соотношению цены к качеству.

Свойства

Пластики называемые конструкционными и суперконструкционными устойчивы к жаре и холоду, химически активным средам и нагрузкам.

Филаменты с поликарбонатом

Поликарбонат устойчивее к температурным воздействиям, чем ABS, и не растворяется кислотами. Разрушается ультрафиолетом и продуктами переработки нефти.

Смесь ABS и PC

3D-печатная тренировочная реплика беспилотного военного самолета MQ-9 Reaper ВВС США.

Сплав PC и ABS хорошо красится и шлифуется, прочен до -50 °C.

Полиамиды

Беспилотник Airbus Thor, 4 метра, 21 кг.

Таблица свойств:

Стойкий к истиранию материал, пригоден для печати движущихся деталей механизмов, таких как шестеренки.  

Жаропрочные суперконструкционные пластики

Описанными выше материалами печатают и на обычных 3D-принтерах. Суперконструкционные пластики же требуют более износостойких и жаростойких экструдеров и постоянного подогрева рабочей камеры.

PEEK

Крыло из материала Roboze Carbon-PEEK. Произведено на ARGO 500.

Детали из PEEK, полиэфирэфиркетона, эксплуатируются при температурах до 250 градусов Цельсия, кратковременно — до 300. Главный недостаток — стоимость.

PEI

Airbus использует детали из PEI в своих самолетах A350 XWB.

Полиэфиримид производится под торговой маркой Ultem компанией SABIC. По характеристикам PEI уступает PEEK, но сильно выигрывает в цене. Ultem марок 1010 и 9085 это главное сырьё Stratasys при 3D-печати механических деталей рабочих прототипов. Масса деталей из PEI меньше, чем масса схожих по механической прочности деталей из алюминия. Эксплуатация — до 217 Цельсия по спецификациям, 213 — в соответствии с испытаниями Stratasys.

PPSF (PPSU)

Производитель электрических самолетов Eviation Aircraft использует 3D-печать для всего: от прототипирования до производства.

Полифенилсульфон также совмещает стойкость к низким и высоким температурам, устойчивость к агрессивной химии и прочность. Материал сертифицирован для применения в аэрокосмической отрасли.

PSU

Напечатанная на 3D-принтере из PSU деталь вертолета Boeing Chinook.  

Менее прочен, чем PC, но устойчив к реагентам и гидролизу.

Сохраняет прочностные характеристики в кипящей воде. Не  проводит ток, не испаряет токсичных веществ, не пахнет, не поддерживает горение. Не теряет свойств до 175 градусов по Цельсию. Стоимость ниже, чем у PPSU, приблизительно на треть.

Металлы

Лопатки турбин авиадвигателей.

3D-печатные изделия из металла превосходят по прочности образцы полученные литьем. 3D-печать металлом дает возможность получать сложные металлические детали в одном экземпляре намного дешевле, чем при использовании традиционных методов.

Кейсы

GE испытала авиадвигатель Advanced Turboprop, в составе которого было множество напечатанных деталей.

Двигатель стал на 45 килограмм легче, эффективность использования топлива возросла на 20%, что дало десятипроцентное увеличение мощности.

United Launch Alliance, производящая ракеты носители Atlas V и Delta IV применяет ULTEM 9085 в конструкции ракет.

Диапазон эксплуатации — от минус 60 до плюс 107 градусов Цельсия. Материал используется в воздуховодах воздушной системы, что позволило уменьшить количество деталей почти в десять раз, с 140 до 16, а затраты на производство уменьшились на 57%.

Stratasys Direct Manufacturing и двигательное подразделение NASA производят с помощью 3D-печати опоры антенных решеток спутниковых систем. ULTEM 9085 выбран за прочность, сравнимую с прочностью алюминия, при значительно меньшей массе.

ВИАМ

Ещё в 2015 году специалисты этого института создали завихритель фронтового устройства камеры сгорания перспективного двигателя ПД-14. С тех пор было напечатано более двухсот завихрителей.

ВИАМ изготовил образец малоразмерного газотурбинного двигателя (МГТД) предназначенного для беспилотников.

Двигатель печатался по технологии SLM. Как сырье использовались порошковые металлические материалы. Эта технология ускоряет производство до 30 раз.

МГТД был испытан на испытательном стенде.

АО "ОДК-Климов”

Разрабатывает Перспективный вертолетный двигатель (ПДВ), при его изготовлении максимально использована 3D-печать металлами и полимерными конструкционными материалами. Представление демонстрационного образца обещано к 2021 году, окончание разработки — к 2025.

Сборочный цех АО «ОДК-Климов», сентябрь 2016. Фото bmpd.livejournal

Ожидается уменьшение массы двигателя на 15% и экономия средств в эксплуатации на 30% по сравнению с существующими аналогами.

ЦИАМ

Успешно испытаны 3D-печатные образцы различных деталей двигателей, такие как сверхзвуковое сопло, рассчитанное на скорость в 1,3 Мах, напечатанное всего за 36 часов.

Применение аддитивных технологий обеспечивает большую точность и возможность создавать цельные элементы со сложной внутренней геометрией, например — лопатки турбин с внутренними каналами охлаждения.

Фото aviation21.ru

Оборудование

Оборудование для печати инженерными пластиками условно можно поделить на две группы, с температурой печати до 300 градусов Цельсия и свыше 300, обычно около 450.

Intamsys

Funmat и Funmat Pro печатают всеми ординарными пластиками, от PLA и ABS до нейлона и композитов. Funmat HT и Funmat Pro HT предназначены для тугоплавких конструкционных пластиков, таких как PEEK, PPSU и Ultem.

Intamsys FUNMAT и FUNMAT HT

Рабочая камера — куб с гранью в 260 мм, толщина слоя — от 50 мкм, диаметр сопла — 0,4 мм.

Температура экструдера младшей модели — до 280 °C, стола - до 150 °C, модели HT, соответственно — 450 и 160 °C. Также в версии HT до 90 градусов подогревается весь объем камеры.

Intamsys FUNMAT PRO, FUNMAT PRO HT

Funmat серии PRO отличаются размером камеры: 450 х 450 х 600 мм.

Остальные характеристики аналогичны.

Sinterit

Sinterit Lisa

Печатает из нейлона PA12 и материала flexa Black. Максимальные размеры принта для PA12: 90х110х130 мм и 110х130х150 мм для flexa Black, соответственно, толщина стенок детали от 0,4 мм.

Sinterit PA12

Полиамид 12, один из конструкционных нейлонов, выдерживает в эксплуатации температуры до 173-180 градусов Цельсия.

DWS

DWS выпускает стереолитографические 3D-принтеры для печати фотополимерами, в числе которых DWS XFAB 2500HD.

DWS XFAB 2500HD