Octubre de 2020 vio el lanzamiento del avión XB-1 de la empresa aeroespacial Boom Supersonic , que presentaba un total de 21 componentes impresos en 3D por el sistema PBF OEM VELO3D . Ahora, la compañía ha publicado un estudio de caso completo que proporciona una inmersión más profunda en el diseño, la fabricación y el acabado del avión supersónico al estilo Concorde.
Citando la flexibilidad del diseño, el ahorro de peso y el ahorro de tiempo como factores importantes en su elección de emplear la fabricación aditiva, Boom fabricó algunas de las piezas más complejas del XB-1 utilizando la impresora 3D Sapphire de VELO .
Diseño: optimización de peso y eficiencia térmica
La mayoría de las piezas impresas en 3D de la aeronave están relacionadas de alguna manera con la canalización de aire y presentan geometrías internas complejas como paletas, conductos y rejillas. Dado que el aire que se canaliza a menudo supera los 260 ° C, un enfoque de diseño basado en la superficie fue crucial.
Byron Young, un ingeniero de Boom, explica : “Si el aire en movimiento rápido lo toca, nos preocupamos por esa superficie desde el punto de vista de la eficiencia y el rendimiento. Por lo tanto, al diseñar estas piezas, generalmente comienza con perfiles aerodinámicos y luego recorta, empalma y engrosa las superficies para crear la pieza sólida en sí. Las piezas resultantes son muy complejas, lo que significaba que definitivamente debían fabricarse mediante impresión 3D «.
Las geometrías de dirección de flujo únicas de la compañía también se diseñaron teniendo en cuenta el ahorro de peso, un concepto que simplemente no sería factible si se usara chapa o fundición. Como tal, muchos de los componentes presentaban paredes extremadamente delgadas, en la región de aproximadamente 0.02 pulgadas o 750 micrones.
Según Gene Miller, ingeniero de aplicaciones de VELO, las impresionantes relaciones de altura a ancho fueron posibles gracias al sistema de recubrimiento sin contacto de Sapphire: “Debido a que nuestra tecnología brinda la capacidad de imprimir esa relación de aspecto muy alta en este tipo de diseño, no necesitábamos un exceso de material para la resistencia dentro de las estructuras y podíamos hacer crecer esas paletas de conductos muy alto sin ninguna interferencia del repintador ”.
Fabricación y posprocesamiento
Las piezas impresas en 3D se fabricaron con titanio, un elemento básico de la industria aeroespacial conocido por su alta resistencia y resistencia a la temperatura. Desafortunadamente, también se sabe que el titanio se vuelve frágil y propenso a agrietarse cuando se enfría demasiado rápido. Aquí es donde las capacidades avanzadas de control de proceso de Sapphire supuestamente resultaron útiles, ya que la máquina pudo verificar automáticamente parámetros críticos como la alineación del láser, la estabilidad del haz y la calidad de la capa de polvo en la construcción intermedia.
Miller explica: “Redujimos la cantidad de tensión interna en el sustrato a medida que el material se acumulaba en la dirección de construcción en Z. Disminuye la posibilidad de agrietamiento al mitigar las tensiones internas formadas durante el enfriamiento «.
Una vez impresas, las piezas se cortaron de la placa de construcción y se procesaron posteriormente con relativa facilidad, gracias a la tecnología de impresión 3D SupportFree de Sapphire. Las pequeñas grietas y canales no tenían soporte, mientras que los orificios más grandes requerían un trabajo manual mínimo con un destornillador o una amoladora. Con todo, los maquinistas que trabajaban en las piezas dedicaron solo 30 minutos al posprocesamiento por componente. Los acabados de la superficie promediaron 250 RA en un perfilómetro, con lo que Boom ha estado satisfecho hasta ahora.
Por último, los componentes se trataron térmicamente y se prensaron isostáticamente en caliente para mejorar su vida útil a la fatiga; esto es especialmente importante para los componentes de vuelo, ya que están bajo carga cíclica constante durante el despegue y el aterrizaje.
Young concluye: “El vuelo supersónico introduce una serie de fenómenos diferentes y enfatiza que generalmente no se ven en los viajes aéreos convencionales. Las principales fuerzas que se aplican no son generalmente cargas de presión de, por ejemplo, romper la barrera del sonido. En muchos casos, es una tensión inducida causada por la estructura general de la aeronave que se dobla alrededor de su pieza «.
Componentes críticos para el vuelo en la industria de la impresión 3D
La impresión 3D de componentes aeroespaciales y de aviación críticos para el vuelo ha experimentado un auge en los últimos años, junto con los avances en la tecnología de fabricación aditiva. La empresa aeroespacial Honeywell Aerospace recibió recientemente una certificación de la Administración Federal de Aviación (FAA) por su primer componente de motor crítico de vuelo impreso en 3D . La carcasa del cojinete n. ° 4/5 es un componente estructural clave del motor turbofan ATF3-6, que se incluye en el avión de patrulla marítima Dassault Falcon 20G.
Por otra parte, la NASA también anunció recientemente la finalización con éxito de 23 pruebas de fuego caliente en dos de sus propios componentes críticos de motores aeroespaciales impresos en 3D . Las piezas en cuestión son una cámara de combustión de aleación de cobre y una boquilla de superaleación de hierro-níquel especialmente desarrollada.
Fuente https://3dprintingindustry.com/news/boom-supersonic-provides-further-insight-into-xb-1-aircraft-design-with-21-3d-printed-parts-182125/
