De beste 3D-utskriftsmaterialene for funksjonell prototyping i luft- og romfart

Romfartsindustrien krever at man bygger komponenter som må oppfylle strenge standarder, samtidig som de skal være lette og ha eksepsjonell ytelse under ekstreme termiske og mekaniske belastningsforhold. Utviklingen av 3D-printing-materialer har vist seg å være et viktig element som gjør det mulig å lage vellykkede og økonomiske prototyper. Design- og produksjonsprosessene innen romfart har nådd en ny fase på grunn av additiv produksjon, som gjør det mulig for bedrifter å teste sine aerodynamiske produkter og evaluere deres strukturelle styrke.

Industriell 3D-printing har nådd nye høyder gjennom utviklingen av nye, kraftige polymerer og metallegeringer som ingeniører nå bruker til designformål i luft- og romfart. Velg de riktige materialene for prosjektet ditt, fordi materialene som brukes i prosjektet, vil avgjøre hvor godt prototypene dine presterer under ulike testforhold. Bloggen tar for seg tre viktige 3D-utskriftsmaterialer for luft- og romfart som fagfolk i luftfartsindustrien bruker til sine driftstester, og forklarer hva som gjør disse materialene eksepsjonelle.

Hvorfor materialvalg er viktig for prototyping i luft- og romfart

Funksjonelle prototyper for luft- og romfart bruker mer avanserte testmetoder enn visuelle modeller. Systemene må tåle mekanisk stress og vibrasjoner, termiske forhold og kjemisk eksponering i testprosessen. De riktige 3D-utskriftsmaterialene for luftfartsapplikasjoner hjelper produsenter med å lage turbindeler og lette braketter fordi de gir.

• Materialet har et høyt styrke-til-vekt-forhold

• Materialet gir varmeisolasjon

• Materialet opprettholder sin opprinnelige form

• Materialet tåler flere belastningssykluser uten å svikte

• Materialet oppfyller alle krav som er fastsatt i luftfartsstandarder

3D-utskriftsprosessen for luftfartsprototyper krever riktig materialvalg fordi det er avgjørende for både systemets nøyaktighet og pålitelighet, noe som fører til færre designendringer og raskere produkttestingsprosesser.

1. PEEK (polyeteretereterketon)

Det termoplastiske materialet PEEK er en avansert termoplast med høy ytelse som ingeniører bruker i arbeidet med prototyper til romfart. PEEK har utmerket mekanisk styrke og termisk stabilitet, noe som gjør det velegnet til å lage funksjonelle komponenter som må tåle ekstreme driftsforhold.

Viktige fordeler:

• Kontinuerlig brukstemperatur på opptil 250 °C

• Utmerket kjemisk resistens

• Høy strekkfasthet

• Lettvektsalternativ til metall

3D-skrivere i luft- og romfart bruker ofte PEEK-materiale til å lage innvendige komponenter, kabelisolasjonsdeler og strukturelle braketter til fly. Materialet er flammehemmende og motstandsdyktig mot flyvæsker, noe som gjør det egnet for testing som erstatning for tradisjonelle metallkomponenter.

PEEKs bidrag til vektreduksjon skyldes ikke bare at det opprettholder den strukturelle styrken, men også at det ikke går på bekostning av den (noe som er avgjørende innen romfartsteknikk).

2. ULTEM (PEI - polyeterimid)

Forskere utviklet ULTEM som et høytytende termoplastisk materiale som brukes i romfartsindustrien, og som den industrielle 3D-utskriftssektoren nå benytter som sitt primære utskriftsmateriale. Produktet tilbyr en enestående kombinasjon av mekanisk styrke og flammebeskyttelse som oppfyller bransjestandardene.

Hvorfor ULTEM er å foretrekke:

• Objektets styrke er svært god i forhold til

• Materialet oppfyller alle krav til flamme-, røyk- og toksisitetstesting (FST)

• Materialet har utmerket motstand mot slagkrefter

• Materialet beholder sine opprinnelige dimensjoner når det utsettes for trykk

ULTEM er et standardmateriale for produksjon av innvendige komponenter i kabiner, kanaler, kabinenheter og elektriske kapslingsenheter. Materialet er svært viktig for utvikling av funksjonelle prototyper som må testes i henhold til strenge sikkerhetsforskrifter for luft- og romfart.

Ingeniører kan evaluere de faktiske ytelsesforholdene ved å bruke ULTEM til 3D-utskrift av luftfartsprototyper uten å måtte bruke penger på dyrt utstyr eller storskala produksjonsprosesser.

3. Titanlegeringer (Ti-6Al-4V)

Et av de viktigste materialene i 3D-printing, for bruksområder som krever høy varmetoleranse og ekstraordinær styrke, må være en titanlegering i romfartsproduksjon. Teknikker for additiv produksjon, som selektiv lasersmelting (SLM) og elektronstrålesmelting (EBM), har gjort det mulig å produsere komplekse titandelementer med redusert materialavfall.

Viktige fordeler:

• Titan har vist seg å ha unike, lette og holdbare egenskaper.

• Materialet gir eksepsjonell beskyttelse mot korrosjon.

• Det er utmattingsbestandig i en slik sammenheng.

• Materialet tåler ekstreme temperaturforhold.

Titanlegeringer brukes i romfartsapplikasjoner som inkluderer strukturelle braketter og motorkomponenter og prototyper av flyskrog. Ved 3D-utskrift i romfart muliggjør titan topologioptimalisering, noe som gjør det mulig for ingeniører å designe lette, men svært holdbare deler med intrikate indre geometrier.

Den mekaniske testingen av titandeler for funksjonell prototyping skaper testforhold som nøyaktig representerer ytelsen til faktiske produksjonskomponenter. Denne prosessen gir viktige valideringsdata som organisasjoner trenger før de går videre til masseproduksjon.

Andre fremvoksende materialer

Tredimensjonal utskrift i romfart krever flere materialer enn PEEK ULTEM og titan. Følgende materialer er utviklet for 3D-printing innen romfart:

• Nylon (PA12) med karbonfiberforsterkning for lette strukturelle komponenter

• Test av flyskrog og varmevekslere krever aluminiumslegeringer

• Høytemperaturharpikser for vindtunnelmodeller og aerodynamisk testing

Disse materialene utvider mulighetene for industriell 3D-utskrift, noe som gjør det mulig for romfartsingeniører å raskt utvikle nye design-iterasjoner.

Fordeler ved bruk av avanserte 3D-utskriftsmaterialer i luft- og romfart

1. Utviklingsarbeidet tar kortere tid.

Additiv produksjon gjør det mulig å lage prototyper raskt, fordi det fjerner behovet for komplisert produksjonsutstyr, noe som gjør designprosessen raskere.

2. Kostnadseffektivitet

FoU-utgiftene reduseres fordi funksjonelle prototyper kan lages uten behov for kostbare støpeformer eller maskineringsutstyr.

3. Fleksibel design

Prosessen gjør det mulig å produsere komplekse geometrier sammen med innvendige kanaler og lette gitterstrukturer uten at det kreves ekstra monteringsarbeid.

4. Forbedret testnøyaktighet

Prototyper oppnår bedre valideringsresultater fordi høyytelsesmaterialene gjør det mulig å simulere de faktiske forholdene ved endelig bruk.

Luftfartsselskaper bruker avanserte 3D-utskriftsmaterialer til å skape nye produkter, samtidig som de følger strenge sikkerhetsforskrifter og ytelseskrav.

Hvordan velge riktig materiale for luftfartsprototyper

Valg av materiale avhenger av følgende:

• Belastningstoleranser

• Et bredt spekter av driftstemperaturer

• Vektbegrensninger

• Regulatoriske begrensninger

• Kostnadsbegrensninger

• Metall er best (vanligvis titan) for strukturelle komponenter

Dette betyr at termoplast med høy ytelse, som PEEK eller ULTEM, kan brukes til for eksempel innvendige eller ikke-bærende komponenter som gir den nødvendige styrken med lavere vekt.

En klar forståelse av ytelseskravene styrer 3D-utskriften av luftfartsprototypen for å garantere skalerbarhet og pålitelighet.

Fremtiden for 3D-utskriftsmaterialer til romfart

Forskere oppdager stadig nye komposittmaterialer og høytemperaturpolymerer som forbedrer 3D-utskriftsmulighetene utendørs for romfartsapplikasjoner. Materialvitenskapen har gjort fremskritt gjennom utviklingen av komponenter med forbedret vekt, styrke og termiske egenskaper.

Bransjen oppnår bedre produksjonseffektivitet og mindre materialavfall gjennom bruk av resirkulerbare polymerer og optimaliserte metallpulver, noe som har blitt viktig for produsenter som nå prioriterer bærekraft. Kombinasjonen av banebrytende industriell 3D-printing systemer med neste generasjons materialer vil drive innovasjonen innen luft- og romfart fremover ved å muliggjøre raskere flyutvikling og forbedret operativ kapasitet.

Konklusjon

Valget av egnede 3D-printmaterialer er avgjørende for å skape luftfartsprototyper som oppfyller nøyaktige standarder og samtidig har overlegen ytelse. De avanserte polymerene PEEK og ULTEM sammen med titanlegeringer skaper materialer som gir den nødvendige styrken, lette vekten og termiske motstanden som trengs for å tåle ekstreme forhold i luftfarten. Utviklingen av industriell 3D-utskriftsteknologi gjør det mulig for bedrifter å oppnå raskere produktutvikling og mer presise testresultater ved å investere i egnede materialløsninger.

Hvis du ønsker å optimalisere 3D-printing av prototyper for romfart med pålitelige materialer med høy ytelse, kan Norck levere presisjonsdrevne additive produksjonsløsninger skreddersydd for romfart. Vår ekspertise innen avansert 3D-printing av 3D-materialer for romfart sikrer funksjonelle prototyper som oppfyller strenge kvalitets- og ytelsesstandarder. Kontakt Norck i dag for å forvandle dine romfartskonsepter til validerte, produksjonsklare komponenter med banebrytende additive produksjonsløsninger.