Tecnologías 3D

Tecnología fuera de este mundo: el emocionante papel de la impresión 3D en la industria aeroespacial

Tecnología fuera de este mundo: el emocionante papel de la impresión 3D en la industria aeroespacial



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Si ha aprendido algo durante las últimas dos semanas, es que la impresión 3D está revolucionando prácticamente todas las industrias del mundo. La impresión 3D ha cambiado la forma en que diseñamos y producimos ropa. Está cambiando la forma en que se fabrican y entregan los coches, e incluso se ha introducido en algunas de nuestras cocinas. Probablemente también tenga una impresora FDM en su escritorio en casa.

Sin embargo, la diversión y la innovación no se detienen ahí. En un análisis general en profundidad de las tendencias del mercado de impresión 3D de 2020, 3D Hubs analiza la creciente influencia de la industria de fabricación aditiva. La fabricación aditiva anual crece aproximadamente 24% cada año, y se espera que el mercado de la impresión 3D alcance aproximadamente $ 21 mil millones dólares a nivel mundial. Como se menciona en el informe, la demanda de fabricación aditiva está creciendo a velocidades vertiginosas impulsadas por una nueva ola expansiva de emprendimiento y materiales, técnicas y tecnología de impresión 3D más efectivos.

Como puede ver, nos entusiasma ver que tantas empresas diferentes de la industria adoptan la fabricación aditiva. Sin embargo, es probable que una industria se beneficie de la fabricación 3D, ayudando a los humanos a viajar de un país a otro, a la luna y más allá. Probablemente lo hayas adivinado, la industria aeroespacial.

Llevando la impresión 3D más allá

La industria aeroespacial se ha beneficiado de la impresión 3D desde 1989, con la adopción de la tecnología emergente ganando fuerza en las próximas dos décadas. Es posible que la impresión 3D en la industria aeroespacial no sea tan llamativa ni tan conocida como la fabricación de calzado o automóviles, pero los cambios provocados por la tecnología emergente podrían ayudar a nuestra especie a colonizar nuevos planetas. Pero nos estamos adelantando.

Como muchas otras industrias, la impresión 3D es atractiva porque permite a las empresas crear prototipos de ideas rápidamente o crear piezas completamente funcionales a una fracción del costo y en mucho menos tiempo que los métodos de fabricación estándar. La hiperpersonalización permitirá a los ingenieros imprimir piezas bajo demanda para adaptarse a cualquier posible desafío de diseño o trabajo de reparación. En resumen, la oportunidad de producir piezas caras más ligeras, más fiables y más rápidas que nunca es una oportunidad demasiado buena para dejarla pasar en la industria aeroespacial.

Contribuyendo a 16% de los ingresos totales de 3D Printing en 2015, la fabricación aditiva se está utilizando para ayudar con la producción de aviones comerciales, la creación de nuevas naves espaciales e incluso la producción de satélites. Hoy vamos a explorar algunas de las formas más emocionantes en que la fabricación aditiva ha impactado en la industria aeroespacial.

Podríamos tener cohetes impresos en 3D que llevaran a los humanos a Marte.

Si posee una impresora FDM 3D, probablemente haya pasado innumerables horas imprimiendo en 3D varios objetos, ¿tal vez incluso algunos cohetes de jardín? Su impresora FDM estándar utiliza un material termoplástico que se derrite al entrar en contacto con la boquilla de la impresora y se enfría instantáneamente al golpear la superficie de impresión dada. Sin embargo, lo que quizás no sepa es que puede imprimir varios materiales, incluido el metal. La fabricación aditiva de metales es una tecnología que ha madurado enormemente a lo largo de los años. La producción de costosos componentes y ensamblajes metálicos es muy atractiva para los programas espaciales de la NASA y organizaciones privadas como SpaceX o Virgin Orbit.

De hecho, la NASA y Virgin Orbit ya han comenzado a probar una cámara de combustión de cohetes impresa en 3D. Para los no iniciados, Virgin Orbit utiliza sus recursos para lanzar cohetes que generalmente llevan pequeños satélites al espacio. Recientemente, Virgin Orbit recurrió a los expertos de la NASA con el objetivo de crear una cámara de combustión impresa en 3D, "combinando múltiples materiales y aprovechando los procesos de fabricación de vanguardia". Más aún, si no lo sabe, una cámara de combustión se considera el corazón de un motor de cohete. El combustible y una fuente de oxígeno llamada oxidante se mezclan y explotan dentro de la cámara.

Utilizando una aleación de cobre aditivo, conocida como GRCop-84, creada por Marshall y Glenn en 2014, así como la máquina híbrida aditiva / sustractiva de Virgin Orbit para aplicar una segunda chaqueta de superaleación bimetálica, el equipo colaborativo pudo probar con éxito la combustión. cámara. Para ello, utilizaron propulsores de queroseno / oxígeno líquido a alta presión. Fue impresionante. La cámara de combustión entregó más de 2,000 libras de empuje con éxito en casi dos docenas, 60 segundos cocciones de prueba.

Paul Gradl, ingeniero senior de la NASA, expresó su entusiasmo por el proyecto diciendo: "Tradicionalmente, se necesitan muchos meses para fabricar, probar y entregar una cámara de combustión convencional. Podemos reducir ese tiempo considerablemente".

"La fabricación aditiva está preparada para aumentar y mejorar los procesos tradicionales. Proporciona nuevas oportunidades de diseño y rendimiento y produce una pieza de hardware muy duradera, y con esta asociación, estamos avanzando esa capacidad aún más".

En un futuro no muy lejano, los motores producidos mediante el proceso de fabricación aditiva podrían llevarnos a Marte y más allá.

Los aviones comerciales están comenzando a utilizar piezas impresas en 3D.

No se preocupe. Nadie imprime en 3D piezas FDM de baja calidad y las coloca en un avión para ahorrar dinero. Sin embargo, las piezas industriales de alta gama fabricadas en 3D ya se han introducido en algunos aviones comerciales, y por una buena razón. Según EOS, la impresión 3D se puede utilizar para reducir el peso de algunos aviones tanto como 40-60%, Y eso es sólo el comienzo. De hecho, un solo componente diseñado y fabricado con impresión 3D podría reducir el arrastre de aire al 2.1%, lo que a su vez reduce los costos de combustible al 5.41%. Airbus ha tomado nota y ha equipado su avión A350 XWB con más de 1,000+ Piezas impresas en 3D.

Más aún, al igual que en otras áreas de la industria aeroespacial, la fabricación aditiva permite a empresas como Boeing y Airbus acelerar la producción. Uno de los mayores desafíos en esta industria es llenar todos los pedidos necesarios de aviones comerciales, y ambas compañías tienen 5,000-8,000 aviones atrasados ​​anualmente. Dado que se espera que la demanda aumente en los próximos años, la fabricación aditiva puede resultar un regalo del cielo. Se ha estimado que Boeing, hasta ahora, ha utilizado 60.000 piezas por sus aviones.

Drones y satélites impresos en 3D

Los satélites pueden resultar costosos. Sin embargo, como probablemente adivinó, la fabricación aditiva está aquí para solucionarlo. Los ingenieros de la división de Defensa y Espacio de Airbus utilizaron la impresión 3D para crear un marco de titanio capaz de soportar rangos de temperatura de -170 a 100 grados Celsius. Gracias al poder de la fabricación aditiva, el equipo pudo reducir los costos de producción tanto como 20%, creando un producto más ligero y optimizado geométricamente en comparación con iteraciones anteriores del satélite.

Nuestros amigos de la empresa emergente Stratodyne LLC también están haciendo olas en la industria aeroespacial. El equipo del Medio Oeste utiliza métodos de creación rápida de prototipos con su filamento para crear satélites estratosféricos a medida que se pueden desplegar en tan solo unas pocas horas muy cerca de su ubicación objetivo. Los satélites pueden proporcionar de todo, desde monitoreo de activos hasta mediciones científicas. Estas alternativas económicas y sostenibles a los satélites pueden incluso utilizarse para telecomunicaciones, teledetección o recopilación de datos geoespaciales.

Como lo describe el equipo de Statodyne LLC, "A diferencia de los satélites convencionales que requieren meses de pruebas, millones de dólares y semanas para alcanzar la órbita sobre la ubicación deseada, nuestras StratoSats se pueden implementar en menos de un día por solo una pequeña cantidad del costo . "

"Los satélites convencionales se convierten en basura espacial peligrosa después de que su vida útil se agota o provocan la liberación de cientos de toneladas de gases de efecto invernadero durante su lanzamiento, pero nuestras StratoSats se pueden devolver al suelo y volver a lanzarse para nuevas misiones, sin dejar prácticamente ninguna huella ecológica. en nuestro planeta o más allá ".

Finalmente, Stratodyne LLC está desarrollando actualmente drones para el espacio cercano capaces de vuelos de duración extendida como una alternativa barata a los satélites.

La impresión 3D hará que los viajes al espacio profundo sean mucho más manejables.

Planear qué traer en sus próximas vacaciones de una semana es estresante. Imagínese tratando de planificar la logística para un viaje en un territorio inexplorado, en el que el viaje mismo tomaría 6-8 meses. Esta es la realidad actual para las organizaciones que intentan llevarnos a Marte. Pongamos algunas cosas en perspectiva. Según la NASA, para facilitar la vida de los astronautas que viven en la Estación Espacial Internacional, que solo se trata de 400 kilómetros sobre la Tierra, la ISS debe contar anualmente con 3175 kilos de repuestos, 13.154 kilos de repuestos de hardware para vuelos espaciales, y otro 17,690 kilos de repuestos listos para usar en cualquier momento.

La proximidad de la Estación Espacial Internacional a nuestro planeta hace que todo esto sea factible. Sin embargo, esto no es práctico ni tan realista en viajes a la Luna y Marte. Además, si pudiera empacar una nave espacial grande con suficientes suministros, sería extraordinariamente costoso y lejos de ser eficiente. Sin embargo, aquí es donde la impresión 3D puede acudir al rescate.

In-Space Manufacturing, o ISM, de la NASA en el Centro Marshall de Vuelos Espaciales de la NASA, está investigando formas en que la tecnología de impresión 3D podría literalmente aligerar la carga de la misión en el espacio. Los socios de ISM como Made in Space han desarrollado técnicas 3D de fabricación de filamentos fusionados. Este proceso implica alimentar un hilo continuo de plástico a través de un extrusor calentado y sobre una bandeja capa por capa para crear un objeto tridimensional. Actualmente, hay investigaciones que exploran los métodos más efectivos de impresión 3D en el espacio, lo que permite a los astronautas imprimir herramientas simples de uso diario.

En un ejemplo, los investigadores de la Tierra pudieron enviar un diseño en 3D de una llave a los astronautas en la ISS. Otras áreas de ISM están explorando actualmente las posibilidades de imprimir materiales más duraderos en el espacio. ¿El eventual objetivo final? Imagine poder imprimir completamente una pieza impresa en 3D funcional sin la molestia de depender de personas en la Tierra para crear la pieza y enviársela mientras espera a cientos de miles de millas de distancia.

"En última instancia, ISM es fundamental para futuras misiones de exploración, y la prueba de estos sistemas de fabricación en la estación espacial allana el camino para permitir que esas misiones sean más independientes de la Tierra. Con los numerosos socios comerciales del proyecto, también representa un aspecto importante de la baja -Iniciativas de comercialización de la órbita terrestre. Sin mencionar que libera todo ese espacio que antes se usaba para almacenar repuestos ", dice la NASA.

Finalmente, como se mencionó en nuestro artículo anterior, los investigadores actualmente están buscando formas de imprimir alimentos en el espacio. La comida espacial es siempre lo más delicioso para comer. Al ritmo actual de innovación en la industria de la impresión 3D, los astronautas pronto podrán imprimir no solo una amplia variedad de alimentos, sino también platos que se adapten a las necesidades biológicas actuales de un individuo.

Al futuro

La fabricación aditiva en la industria aeroespacial es emocionante. Cambia todas las facetas de la industria, desde la forma en que se crean prototipos de componentes cruciales hasta la producción general de piezas en pleno funcionamiento. La fabricación aditiva también está ayudando a que la producción sea mucho más rápida y confiable al tiempo que reduce los costos de producción.

La gente de las agencias espaciales de todo el mundo está entusiasmada con todas las posibles formas en que se puede aplicar la tecnología de impresión 3D al futuro de los viajes espaciales. En un futuro no muy lejano, la impresión 3D podría jugar un papel vital en el establecimiento de colonias a largo plazo en Marte. Al combinar IA y robótica, la fabricación aditiva podría desempeñar un papel crucial en la creación de civilizaciones a largo plazo.


Ver el vídeo: INTELLIGY Herramientas de impresión 3D para la industria Automotriz y Aeroespacial (Agosto 2022).