3D 인쇄는 항공우주 산업에 어떤 기여를 합니까?

항공우주 산업은 매우 까다로운 환경입니다 . 지속적인 마모와 고압 및 고온 조건을 견딜 수 있는 완벽한 요소가 필요합니다. 지속적인 혁신이 있습니다. 구성요소가 강하고 견고하면서도 가벼운지 확인하기 위해 계속 연구하고 있습니다. , 항공기 성능을 향상하고 유지 보수 작업을 더 쉽게 만들고 직원의 생산성을 높입니다. 이 필수불가결한 품질과 신뢰성은 상용 항공편의 일정 및 예약, 군용 항공기의 긴급성과 요구되는 24/7 준비 상태와 균형을 이루어야 합니다. 생산 및 물류 체인에 문제가 있는 경우 , 가용성, 품질 및 안전성 상업 및 군용 비행의 손상될 수 있음 .

항공우주 산업에서 AM의 진화

여기에서 적층 제조가 등장합니다. 3D 프린팅 진화의 초기 단계 , 그것은 매우 혁신적이지만 상당히 제한된 제조 방법이었습니다. 3D 프린터는 비용이 많이 드는 투자였으며 대규모 산업 응용 프로그램을 갖추기에는 느리고 너무 작았습니다. 또한 재료 시장은 특히 기술 공학 재료의 경우 매우 제한적이었고 3D 프린터 제조업체는 자체 재료만 프린터와 함께 사용하도록 허용하는 경우가 매우 많았습니다(공급업체 종속). 3D 프린팅의 시대는 이제 오래 전에 사라졌습니다.

오늘날 적층 제조는 뛰어난 설계 유연성과 재료-프린터 호환성, 전문 소프트웨어를 갖춘 완전히 발전된 산업입니다. 정밀한 설계와 리버스 엔지니어링, 고급 소재의 풍부한 선택을 가능하게 합니다. 가장 전문적인 용도로는 빌드 영역이 큰 대형 3D 프린터와 CNC 프린터에 비해 단점이 없는 경량 부품을 생산할 수 있는 기능이 있습니다.

동영상 1. Airbus는 생산 라인에 AM 솔루션을 사용합니다. 출처:에어버스.

항공우주 산업은 전통적으로 제조되는 알루미늄 부품과 동일한 성능을 발휘할 수 있는 경량 부품을 위해 노력합니다. . 무게 감소(경량화)를 통해 비행기는 더 빠르고 더 멀리, 더 적은 연료 소비로 비행할 수 있습니다. 중량이 500kg 감소할 때마다 연료 소비가 약 1% 감소하며 이는 이산화탄소 배출량도 감소한다는 의미입니다.

항공우주에서 AM의 기여

항공우주 산업의 혁신에 대한 아이디어는 새로운 재료나 기술이 비행 및 항공기 안전에 대한 수많은 긴급 FAA 규정을 충족하는지 확인하기 위해 매우 세심한 평가 과정을 거쳐야 합니다. , 항공기가 상업용이든 군용이든 상관 없습니다. 많은 구식 항공기에는 나중에 독성이 있는 것으로 판명되어 교체해야 하는 재료를 사용하여 제조된 구성 요소 또는 단순히 더 이상 제조되지 않아 다시 만들어야 하는 재료가 있습니다.

적층 가공 회사는 FAA 인증을 받은 다양한 필라멘트를 제공합니다. 우수한 인장 강도, 내화학성 및 내열성으로 인해 유해한 부작용이 없음 . 그러한 재료의 예로는 Essentium PEI 9085 ULTEM과 같은 PAEK 제품군의 필라멘트가 있습니다. 필라멘트, 에센티움 PEEK 또는 에센티움 PEKK . 이 필라멘트는 기내 응용 분야에 사용할 수 있습니다. ULTEM PEI 필라멘트는 조명 시스템, 전기 스위치, 하우징 및 전구 소켓용 부품을 3D 프린트하는 데 사용되었습니다.

이미지 1. 우주 발사체에 사용되는 환경 제어 도관. Essentium ULTEM 9085 필라멘트로 인쇄했습니다. 출처:에센티움.

PEEK 필라멘트는 비행기 내부의 광학 케이블과 전기 시스템을 절연하고 보호하기 위해 항공우주 산업에서 알루미늄 엔진 부품, 베어링, 밸브 및 광도관을 대체하는 데 사용되었습니다.

유연하고 즉각적인 사내 유지 관리

항공우주 분야에서 3D 프린팅의 역할은 프로토타이핑 단계를 넘어섰지만 AM은 여전히 ​​그러한 목적으로 사용되고 있습니다. 항공우주 산업의 제조 규모와 비용을 감안할 때 사출 성형 및 CNC 기계 가공을 통한 기존 프로토타이핑 방법은 시간과 자원을 많이 소모합니다 . 비행기 또는 그 부품의 프로토타입을 3D 프린팅하면 프로토타입 제작 및 조정 비용, 재료 낭비 및 지연이 크게 줄어들고 CNC보다 훨씬 더 복잡한 구조를 생산할 수 있습니다.

이미지 2. 비행기의 3D 프린팅 프로토타입. 출처:에센티움.

위성(우주선용 안테나), 드론 및 무인 항공기(로터 블레이드 및 엔진 부품)용 구성 요소 제조 외에도 항공 우주 산업에서 가장 일반적인 AM 응용 분야는 지상 부품 및 중요하지 않은 비임계 부품의 생산입니다. -내하중 기내 부품 .

비행기는 상당히 고가의 투자이기 때문에 오래된 항공기 유닛은 종종 필요한 것보다 훨씬 더 오래 사용됩니다. 적층 가공은 작은 유지보수 작업을 위한 완벽한 기술입니다. . 여기에는 비행기 내부에 필수적이지 않은 구성 요소가 없거나 손상된 3D 프린팅이 포함됩니다. , 컵 홀더, 쟁반, 변기 뚜껑, 공기 덕트, 계기판 등과 같은. AM 덕분에 청사진이 누락된 경우에도 리버스 엔지니어링을 통해 요소를 다시 생성할 수 있습니다. - 부품을 스캔하고 디자인 소프트웨어에서 처리한 다음 3D 프린팅합니다.

Image 3. 3D로 인쇄된 터빈. 출처:에센티움.

모든 종류의 도구, 지그 및 설비에도 동일하게 적용됩니다. . 그런 점에서 3D 프린팅을 통한 혁신은 지상 지원 장비가 그런 면밀한 조사를 받지 않기 때문에 구현하기가 훨씬 쉽습니다. FAA에 의해 공기에 적합한 부품으로 지정되었습니다. 원래 도구가 더 이상 제조되지 않는 경우에도 계획에서 또는 적합해야 하는 나사 또는 요소를 기반으로 도구 설계를 조정하여 3D 인쇄할 수 있습니다. 기존의 절삭 가공을 사용하면 이 프로세스에 훨씬 더 많은 시간과 재료가 소요됩니다. 도구, 지그 및 고정 장치를 가벼우면서도 효율적으로 만들기 위해 , 탄소 섬유, 유리 섬유 또는 금속으로 강화된 재료 사용할 수 있습니다. 알루미늄보다 최대 50% 더 가볍지만 강도와 내열성이 뛰어난 부품을 만들 수 있습니다. 이러한 목적을 위한 훌륭한 필라멘트는 Essentium HTN CF25입니다. 필라멘트, PA CF 필라멘트 또는 ABS MG94 필라멘트. 강도, 저항성 및 가벼움 외에도 항공 우주 산업을 지향하는 필라멘트가 가져야 하는 몇 가지 다른 기능은 난연성 및 ESD 안전입니다. . 생산 현장과 유지보수 구역은 고온, 폭발성 물질 및 정전기가 있는 공간으로 장비와 직원 모두에게 매우 위험한 조합입니다. Essentium TPU 90A FR 필라멘트는 난연 특성을 가지고 있어 화재 및 확산 위험을 크게 최소화합니다. 격납고 또는 비행기 주변에서 사용되는 도구, 지그 및 고정 장치에 적합합니다.

Image 4. Essentium TPU 58D-AS로 제작된 안전부품. 출처:에센티움.

에센티움 TPU 58D-AS 반면에 는 비행 전에 제거해야 하는 조각의 제조를 위해 항공우주 산업을 위해 특별히 설계된 필라멘트입니다. (따라서 주의를 환기시키는 빨간색 ). TPU 58D-AS는 사람과 전자 부품에 위험한 정전기 방전의 위험을 줄여줍니다. 이는 다른 기능 중에서도 비행기 내비게이션 시스템의 적절한 기능에 매우 중요합니다.

에센티움 9085 ULTEM 에센티움 PEEK 에센티움 TPU 90A-FR 난연제 에센티움 TPU 58D-AS

물류 한계 극복

비행기를 안전하고 비행 및 임무 수행이 가능한 상태로 유지 상업 및 군사 항공 우주 산업 모두에서 끊임없는 혁신보다 훨씬 더 중요합니다. 적층 가공은 여객 운송 회사, 택배 회사 및 군대가 항공기 유지 관리에서 더 많은 독립성과 유연성을 가질 수 있도록 하기 때문에 이러한 산업에서 매우 많은 응용 분야를 보유하고 있습니다.

코로나19 대유행 많은 방법으로 세상을 바꿨습니다. 많은 공급망이 예기치 않은 기간 동안 갑자기 중단되었기 때문에 항공우주 산업도 예외는 아니었습니다. . 이는 전통적인 제조 모델의 결과인 계약자 및 배송 회사에 대한 의존성으로 인해 생산, 유지 관리 및 배송 작업을 지연시켰습니다. 많은 상업 항공사가 비행 결항으로 인한 막대한 재정적 손실을 겪었습니다. , 이는 비용 절감을 위한 새로운 방법을 찾아야 함을 의미했습니다. . 적층 가공이 이에 대한 해답이 될 수 있습니다.

전통적인 제조업 , 예를 들어 CNC, ESD 안전 구성요소, 내부식성 구성요소 및 고온 구성요소의 생산에는 고가의 서비스를 사용해야 할 가능성이 높습니다. 세 명의 다른 계약자 , 다양하고 긴 대기 시간 (계약자의 공급업체에 따라 다름), 해외 주둔 군용기의 경우 배송이 복잡하거나 불가능합니다.

Image 5. 반복 제조의 예. 출처:에센티움.

또 다른 문제는 일회성 도구 또는 제한된 실행 교체 부품 항공 우주 산업에서 유비쿼터스입니다. 한 번만 사용할 수 있는 고유한 도구를 만들기 위해 사출 성형 또는 CNC 기계 가공에 의존하는 것은 불필요한 비용과 불필요하게 긴 대기 시간을 의미합니다. 이 모든 것은 3D 프린팅으로 해결할 수 있습니다. 한 대의 3D 프린터를 현장에서 사용하여 다양한 고급 기술 필라멘트로 모든 부품을 생산할 수 있기 때문 훨씬 저렴한 비용으로 지연 위험이 낮습니다. 이러한 제조 방식은 또한 창고의 필요성을 제거합니다. 필요에 따라 언제 어디서나 필요한 부품을 3D 프린팅할 수 있기 때문에 유지 관리 작업을 수행하기 위해 전 세계의 예비 부품을 사용할 수 있습니다. 이러한 모든 작은 개선 사항은 전반적인 단순화와 공급 및 생산 체인의 단축으로 이어집니다. 결과적으로 비용을 절감하고 비행기가 남기는 탄소 발자국의 균형을 맞춥니다 .

실제 사례

실제 항공우주 환경에서 AM 기술을 적용한 좋은 예는 Axle Box입니다. 회사. 그들은 SkyFire용 드론 플랫폼을 개발했습니다. , 임업 및 화재 방지 클라이언트. 이러한 요소는 화재, 물, 바람과 같은 대규모 공중 소방 작전의 조건을 견딜 수 있어야 했습니다. 최저 비용으로 부품을 생산했습니다. 가장 빠른 리드 타임 경쟁에 비해. 드론 중간 몸체는 Essentium HTN CF25로 3D 프린팅되었습니다. PA CF가 있는 필라멘트 및 측면 덮개 필라멘트. 두 재료 모두 비행 테스트에서 기대 이상을 수행했습니다. , 뛰어난 기계적 특성과 빠른 속도를 보여줍니다.

동영상 2. Axle Box에서 드론 착륙 플랫폼용 3D 프린팅 부품. 출처:에센티움.

비행기에서 매우 흔한 오작동은 유압 고장입니다. , 주로 항공기의 무게와 비행 중에 견디는 스트레스 때문입니다. 예전에는 유압 고장을 수리하는 과정에서 여러 명의 기술자가 고장 원인에 접근하여 교체품을 제자리에 고정시켜야 했기 때문에 시간과 인력이 매우 많이 소요되었습니다. 이러한 유압 고장은 너무 자주 발생하고 수리 비용이 너무 많이 들기 때문에 주요 항공 우주 제조업체는 작업을 지원하기 위한 추가 인력 없이 교체 부품을 제자리에 고정하는 버팀대를 3D 프린팅하기로 결정했습니다. .

항공우주 분야에 적층 제조를 도입한 것은 AM 및 항공우주 산업 모두를 위한 획기적인 발전이었습니다. . 항공 우주 산업에서 요구되는 고급 특성을 가진 특수 재료의 수가 많기 때문에 3D 프린팅 세계에서 흥미롭고 변화하는 도전이었습니다. 그리고 항공우주 산업에서는 3D 프린팅이 제공하는 놀라운 속도, 규모 및 반복 가능성 덕분에 더 큰 설계 유연성, 비용 절감 및 물류 독립성을 향한 주요 단계였습니다.