Wykorzystanie i zastosowanie druku 3D w lotnictwie

Jeszcze do niedawna informacje o stosowaniu druku 3D w wybranych dziedzinach brzmiały jak wyjątki z filmu science-fiction. Dziś wykorzystanie tej technologii w różnych gałęziach przemysłu jest już stosunkowo powszechne i nikogo nie dziwi, choć – nie da się ukryć – wciąż budzi ogromne zainteresowanie.

Co więcej, zarówno prototypy, jak i gotowe komponenty powstają dla takich branż jak lotnictwo, gdzie jak wiadomo jakość i bezpieczeństwo każdej części to podstawa.

Jakie elementy samolotów mogą być (i są!) drukowane w technologii 3D? Jakie stosuje się do tego celu materiały? Jakie argumenty przemawiają za tym, by sięgnąć po druk 3D w produkcji poszczególnych części?

Poniżej służymy odpowiedzią.

Dlaczego coraz chętniej wykorzystuje się technologię druku 3D w lotnictwie?

Tradycyjne metody produkcji części do samolotów z pewnością jeszcze długo nie dadzą się wyprzeć całkowicie technologii 3D. Są pewne, skuteczne i – co również ma ogromne znaczenie dla takiej branży jak lotnictwo – wielokrotnie przebadane i sprawdzone pod względem bezpieczeństwa. Druk 3D wykorzystuje się do tworzenia wielu części do samolotów, ale jak dotąd nie znajduje on zastosowania do drukowania tak zwanych części krytycznych, przenoszących bardzo duże obciążenia (na przykład wsporniki podwozia, wręgi czy kanały). Druk 3D ma jednak swoje niezaprzeczalne atuty, które pozwalają mu na coraz większą ekspansję. Należą do nich przede wszystkim możliwości tworzenia wyjątkowo skomplikowanych elementów, niższa cena i krótszy czas produkcji (w przypadku niewielkich serii), a także mniejsze zużycie materiałów.

Druk 3D w lotnictwie

Druk 3D w lotnictwie / Wykorzystanie i zastosowanie druku 3D w branży lotniczej

Możliwości druku 3D w porównaniu z tradycyjną technologią produkcji

Do tradycyjnych metod produkcji zaliczamy wtrysk i termoformowanie z termoplastów oraz tak zwaną technologię ubytkową (obróbka skrawaniem), która polega na odejmowaniu z bryły materiału niepotrzebnych części. W efekcie powstaje obiekt o pożądanym kształcie i wielkości. Taka metoda, w porównaniu do druku 3D, który należy do technologii addytywnych, ma pewne ograniczenia, a najważniejszym z nich jest fakt, iż uniemożliwia tworzenie niektórych elementów o bardzo skomplikowanych kształtach. Ponadto, podczas produkcji powstają odpady, natomiast w druku 3D zużywamy tylko ten materiał, który jest potrzebny do wytworzenia obiektu i ewentualnych struktur podporowych. Szacuje się, że czas produkcji części jest nawet o połowę krótszy w przypadku tworzenia obiektów przy pomocy technologii 3D, a oszczędności w zakresie materiałów sięgają nawet 95%!

Materiały stosowane do drukowania części samolotów w technologii 3D

Drukowanie części do samolotów metodą 3D stwarza także nowe możliwości, jeśli chodzi o właściwości używanych surowców. Powstały już nawet nowe materiały lotnicze, takie jak Ultem 9085, którego stosunek wytrzymałości do ciężaru jest podobny jak aluminium 2024. W technologii przyrostowej (addytywnej) stosuje się także materiały tytanowe i ze stali nierdzewnej mające postać proszków, które w trakcie drukowania 3D spiekane są laserowo.

Jakie części samolotów drukowane są w technologii 3D?

Jak wspomnieliśmy, technologię 3D stosuje się jak dotąd do tworzenia niekrytycznych części samolotów.

Należą do nich między innymi:

  1. Wsporniki podtrzymujące instalację paliwową i hydrauliczną,
  2. Sterowanie ,
  3. Instalacje (na przykład anty-oblodzeniowa. Wymaga ona zastosowania rur ze stali nierdzewnej, których sposób wykonania jest wyjątkowo trudny),
  4. Uchwyty łączące panele ściany kabiny ze strukturą kadłuba,
  5. Elementy do kabiny pasażerskiej (na przykład pokrywa schowka bagażowego)
  6. Stelaże podtrzymujące sprzęt w kabinie,
  7. Mocowania do pasów bezpieczeństwa.

Wykorzystanie druku 3D w lotnictwie wojskowym

W przypadku lotnictwa wojskowego drukowanie 3D znajduje największe zastosowanie w wytwarzaniu części zamiennych. Samoloty udające się na misje nie muszą być wyposażone w zestaw części zamiennych. Wystarczy, że obsługująca je baza będzie miała drukarkę 3D wraz z potrzebnymi materiałami, która pozwoli na wydrukowanie potrzebnych elementów na miejscu. (Możemy przypuszczać, że jeśli człowiek będzie eksplorować kosmos, nie będzie musiał zabierać ze sobą gotowych wyrobów, ale właśnie drukarki 3D, dzięki którym na miejscu będzie tworzyć potrzebne przedmioty). Warto tu również wspomnieć o zastosowaniu druku 3D w produkcji dronów. W ich przypadku nie trzeba już brać pod uwagę bezpieczeństwa pilota ani pasażerów, dlatego obecnie często wykorzystuje się tę technologię do tworzenia poszczególnych części, a nawet całych dronów.

Ograniczenia druku 3D

Choć technologia druku 3D wydaje się być ze wszech miar obiecująca (i to nie tylko w przypadku wykorzystania jej w lotnictwie), to jednak należy sobie zdawać sprawę z tego, że ma swoje ograniczenia, które – jak dotąd – stawiają ją za tradycyjnymi metodami produkcji.

  1. Wydrukowanie i obróbka niektórych części jest bardziej czasochłonne (choć w lotnictwie stosuje się już metodę drukowania 3D, w której po wydruku obrabia się daną część w celu uzyskania większej dokładności – w ten sposób zyskuje się na czasie),
  2. Masowa produkcja obiektów w technologii 3D jest wciąż o wiele mniej opłacalna od produkcji tradycyjnej,
  3. Drukarki 3D dają ograniczone możliwości zarówno jeśli chodzi o rozmiar wytwarzanych obiektów, jak i materiały, z których można je drukować.

Przyszłość technologii druku 3D

Technologia druku 3D wymaga jeszcze wielu badań i testów. Zwłaszcza, jeśli ma być stosowana tam, gdzie w grę wchodzi bezpieczeństwo ludzi. Jednak jest ona na tyle obiecująca, że niemal z każdym dniem przybywają nowe, zaskakujące obiekty wydrukowane w trójwymiarze. Co więcej, ceny drukarek 3D ciągle spadają, dlatego też wydaje się realna sytuacja, w której za kilka lub kilkanaście lat będą one takim samym sprzętem na wyposażeniu domu, jak obecnie drukarki atramentowe czy laserowe. Tym bardziej, że w Internecie znaleźć można nieprzebrane ilości projektów, z których w domowych warunkach można bez trudu tworzyć wybrane modele. Warto zauważyć, jak bardzo uniwersalne i wszechstronne jest drukowanie 3D. Z jednej strony pozwala na tworzenie niezwykle precyzyjnych elementów o dużej wytrzymałości w takiej branży jak lotnictwo, a z drugiej… na drukowanie gadżetów.