항공 우주 및 방위 산업에서 복합 재료를 사용한 적층 제조

DoD의 적층 제조 적용 및 3D 프린팅이 산업에서 차지하는 영향력 증가에 대한 공군 엔지니어의 통찰력

요르단 위닝거 미 공군의 Advanced Composites 엔지니어입니다. 그는 Hill Air Force Base의 Advanced Composites Office에서 일하고 있습니다. 여기에서 Jordan Weininger가 공유한 의견은 자신의 경험을 기반으로 하며 미 공군의 의견을 반영하지 않습니다.

미래의 제조 기술은 이미 존재하지만 문제는 이러한 기술을 산업에 적용하여 차이를 만들 수 있도록 하는 것입니다. 단순히 기술을 만드는 것이 아니라 현실 세계에서 이러한 새로운 기술을 구현하기 위해 반복 가능한 프로세스와 B 기반 허용 오차(특정 재료로 부품을 설계하는 데 필요한 최소 허용 기계적 특성)를 보장하는 것입니다.

현재 Hill Air Force Base의 고급 복합 재료 그룹과 함께 복합 엔지니어링에서 일하면서 저는 운 좋게도 항공 우주 및 방위 산업에서 고급 적층 제조 기술의 적용과 산업용 3D에 대한 더 큰 의미에 대한 통찰력을 얻었습니다. DoD 외부에서 인쇄.

미 공군의 복합 공학

복합 공학은 매년 점점 더 많은 산업에 적용되는 분야입니다. 이러한 유형의 분야에서 일하고자 하는 열망은 저를 공군, 특히 Advanced Composites Office로 이끌었습니다. 이것은 공군 사무실이지만 우리는 모든 DoD 조직을 지원합니다. 복합 재료의 설계, 분석, 엔지니어링 및 수리 문제 외에도 DoD 조직과 직원을 위한 1주일 간의 과정을 지도합니다. 이 과정에는 복합 공학 소개를 다루는 커리큘럼과 고급 기술자 교육 과정이 포함됩니다. 이 과정에서 DoD 전역의 학생들은 복합 재료 설계 및 수리 경험을 직접 얻을 수 있습니다.

3D 프린팅의 산업 확장

다양한 산업 분야에서 일하면서 비즈니스, 특히 소규모 비즈니스의 프로토타이핑 문제를 해결하는 첨가제에 대한 수많은 이야기를 보았습니다. 소규모 비즈니스 제조 수명 주기에서 대량 생산을 늘리는 데 필요한 단계를 거치기 전에 기능 구성 요소의 프로토타입을 만드는 능력은 성공에 매우 중요합니다.

금속에서 합성물, 열가소성 플라스틱에 이르기까지 PLA보다 더 유용한 오늘날의 다양한 인쇄 가능한 재료와 함께 3D 인쇄는 엔지니어에게 적합성 및 기능 테스트를 허용하고 제품 개발 초기 단계에서 비즈니스 사례를 만드는 데 필요한 디지털화 매체를 실제로 제공합니다. . 한 가지 문제를 완전히 해결하는 것은 반드시 덧셈 조각이 아니라 일반적으로 3D 프린팅입니다. 3D 프린팅 기술은 설계 프로세스의 많은 중요한 단계를 풍부하게 하여 생산 문제를 더 쉽게 해결할 수 있도록 합니다.

브래킷 및 힌지, 마운트 및 상점 보조 도구와 같은 툴링에서 적층 제조가 성장할 것이라고 생각합니다. 가까운 장래에 기능적 최종 사용 부품 공간을 포괄하는 3D 프린팅을 보게 될 것입니다. 누구나 차고에서 인쇄할 수 있는 PLA로 시작했습니다. 이제 Markforged와 같은 회사에서 복합 재료 및 금속을 인쇄할 수 있게 되면서 이러한 더 강력하고 유용한 재료는 적층 제조의 완전히 새로운 문을 열었습니다.

3D 프린팅에 사용할 수 있는 재료의 품질과 강도는 모든 유형의 비즈니스에 대한 경제적 및 기술 선택을 변화시킵니다. 이제 생산량이 적은 부품이라면 3D 프린팅이 금형을 실행하거나 빌렛에서 CNC 부품으로 만드는 것보다 저렴합니다. 이는 실제로 3D 프린팅을 채택할 새로운 산업 분야의 문을 열어줍니다.

공군이 첨가제로 전환하는 이유

공군과 군대에서 3D 프린팅을 직접 적용하는 것도 증가하고 있습니다. 군대의 적층 제조 사용에 직접 적용되는 두 가지 핵심 영역이 있습니다.

1. 소량 생산: 우리가 구체적으로 작업하는 항공기의 경우 생산 부품처럼 수십만 개의 부품을 만들지 않습니다. 항공 우주 및 군사 응용 프로그램은 대부분 소규모 생산 실행이며, 때때로 이러한 부품은 사용 가능한 적층 제조 기술에 따라 현장에서 생산될 수 있습니다.

2. 분산 제조: 첨가제의 힘은 분산 속성에도 있습니다. 3D 프린터를 다양한 기반에 저렴하게 배치할 수 있다면 고장이 나더라도 전 세계에서 새 부품을 배송할 필요가 없습니다. 적층 제조를 통해 단일 생산 소스에 의존할 필요가 없습니다. 여러 위치에 있는 여러 프린터에서 부품을 만들 수 있습니다.

이러한 요인으로 인해 적층 제조가 군사 및 항공 우주 응용 분야에서 훨씬 더 큰 역할을 발전시키고 있다고 봅니다.

노후된 항공기 수리를 위한 첨가제 툴링 - MRO

고급 복합 재료 사무실은 특히 노후 항공기 수리를 다루는 수명 주기 관리 센터를 통해 복합 재료 설계, 분석, 엔지니어링 및 수리에 대한 솔루션을 찾는 임무를 맡고 있습니다. 항공기의 원래 도구가 파손되거나 잘못 배치된 경우가 종종 있으며, 항공기를 계속 비행시키기 위해 첨가제를 사용하여 해당 항공기를 위한 새로운 도구를 잠재적으로 만들 수 있습니다.

제 주요 목표 중 하나는 이러한 항공기용 복합 재료를 만들 수 있도록 적층 도구를 개발하는 것입니다. 더 이상 도구나 CAD 데이터가 없는 노후화된 항공기 부품을 만들 때 기존 부품의 3D 스캔을 생성한 다음 역추적하여 3D 인쇄하여 사용할 수 있는 모델을 만드는 경우가 있습니다. 그 부분을 위한 도구.

복합재 툴링을 위한 적층 제조

고급 복합 재료 사무실과 관련하여 우리는 복합 재료의 관점에서 3D 프린팅과 이것이 제조 공정에 어떻게 도움이 될 수 있는지에 관심이 있었습니다. 현재 많은 회사에서 툴링을 위해 대규모 FDM(Fused Deposition Modeling) 3D 인쇄 부품을 사용하지만 복합 연구실을 위해 준비하기 전에 프린터에서 나온 기계 부품을 게시해야 합니다. 즉, 정확한 CAD 도면 또는 CAD 모델을 3D로 인쇄한 다음 이를 CNC 기계에 놓고 기계로 되돌린 다음 진공 밀봉 및 이형제를 만들기 위해 밀봉제를 혼합하여 복합 레이업을 준비해야 합니다. 이것은 적층 제조 툴링의 많은 이점을 없애기 때문에 제거하고자 하는 단계(CNC에 배치)입니다.

제 관점에서 적층 제조 도구의 많은 장점은 빠르고 쉽게 CAD 설계에 맞는 부품을 얻을 수 있다는 것입니다. 복합 부품을 만들기 위해 몰드를 사용하기 전에 해당 몰드를 포스트 기계로 가공해야 하는 경우에는 훨씬 저렴하고 가공하기 쉬운 일종의 툴링 보드를 사용할 수도 있습니다. 그러나 사후 가공 단계를 제거할 수 있다면 상당한 시간과 에너지를 절약할 수 있습니다. 후가공, 손 샌딩 또는 형상의 정확도를 감소시킬 수 있는 모든 작업 없이 진공 밀폐 표면 마감 처리된 3D 인쇄 부품을 생산하면 복합 재료 툴링에 적층 제조가 광범위하게 사용되는 세상을 볼 수 있습니다. 이것은 3D 프린팅의 지평선에 있는 매우 영향력 있는 영역입니다.

이미지 출처: 고산 공군기지 사진 갤러리

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3D 프린팅