De bästa 3D-utskriftsmaterialen för funktionell prototyptillverkning inom flyg- och rymdindustrin

Flyg- och rymdindustrin kräver byggkomponenter som måste uppfylla höga krav samtidigt som de ska vara lätta och leverera exceptionella prestanda under extrema termiska och mekaniska belastningsförhållanden. Utvecklingen av 3D-printingmaterial har visat sig vara ett viktigt element som gör det möjligt att skapa framgångsrika och ekonomiska operativa prototyper. Design- och tillverkningsprocesser inom flyg- och rymdindustrin har nått en ny fas tack vare additiv tillverkning som gör det möjligt för företag att testa sina aerodynamiska produkter och utvärdera deras strukturella styrka.

Industriell 3D-utskrift har nått nya höjder genom skapandet av nya kraftfulla polymerer och metallegeringar som ingenjörer nu använder för designändamål inom flyg- och rymdindustrin. Välj rätt material för ditt projekt eftersom de material som används i ditt projekt kommer att avgöra hur väl dina prototyper fungerar under olika testförhållanden. Bloggen undersöker tre viktiga 3D-utskriftsmaterial för flyg- och rymdindustrin som yrkesverksamma inom flygindustrin använder för sin operativa testning och förklarar vad som gör dessa material exceptionella.

Varför materialval är viktigt vid prototyptillverkning inom flyg- och rymdindustrin

Funktionella prototyper inom flyg- och rymdindustrin använder mer avancerade testmetoder än visuella modeller. Systemen måste klara mekanisk stress och vibrationer samt termiska förhållanden och kemisk exponering under testprocessen. De korrekta 3D-utskriftsmaterialen för flygtillämpningar hjälper tillverkare att skapa turbindelar och lätta fästen eftersom de tillhandahåller.

• Materialet uppvisar ett högt förhållande mellan styrka och vikt

• Materialet ger värmeisolering

• Materialet behåller sin ursprungliga form

• Materialet kan uthärda flera stresscykler utan att misslyckas

• Materialet uppfyller alla krav som fastställs i flyg- och rymdstandarder

3D-utskriftsprocessen för prototyper inom flygindustrin kräver rätt materialval eftersom det avgör både systemets noggrannhet och tillförlitlighet, vilket leder till färre designändringar och snabbare produkttestningsprocesser.

1. PEEK (polyeteretereterketon)

Termoplastmaterialet PEEK fungerar som en avancerad högpresterande termoplast som ingenjörer använder vid prototypframtagning inom flyg- och rymdindustrin. PEEK ger utmärkt mekanisk styrka tillsammans med termisk stabilitet, vilket gör det lämpligt för att skapa funktionella komponenter som måste tåla extrema driftsförhållanden.

Viktiga fördelar:

• Kontinuerlig användningstemperatur upp till 250°C

• Utmärkt kemisk beständighet

• Hög draghållfasthet

• Lättviktigt alternativ till metall

3D-skrivare inom flyg- och rymdindustrin använder ofta PEEK-material för att skapa interiöra komponenter, kabelisoleringsdelar och strukturella fästen för flygplan. Materialet har flamskyddsegenskaper och är motståndskraftigt mot flygvätskor, vilket gör det lämpligt att testa som ersättning för traditionella metallkomponenter.

PEEK:s bidrag till viktminskningen beror inte bara på att den strukturella styrkan bibehålls utan också på att den inte offras till varje pris (vilket är avgörande inom flygteknik).

2. ULTEM (PEI - polyeterimid)

Forskare utvecklade ULTEM som ett högpresterande termoplastiskt material som används i flyg- och rymdtillämpningar och som den industriella 3D-utskriftssektorn nu använder som sitt primära utskriftsmaterial. Produkten erbjuder en enastående kombination av mekanisk styrka och flamskydd som uppfyller industristandarderna.

Varför ULTEM är att föredra:

• Objektets hållfasthet är mycket god i förhållande till

• Materialet uppfyller alla krav för flam-, rök- och toxicitetstestning (FST)

• Materialet uppvisar utmärkt motståndskraft mot slagkrafter

• Materialet behåller sina ursprungliga dimensioner när det utsätts för tryck

ULTEM är ett standardmaterial för tillverkning av komponenter och kanaler för kabininteriörer, husenheter och elektriska kapslingar. Materialet har stor betydelse för utvecklingen av funktionella prototyper som måste testas enligt strikta säkerhetsbestämmelser för flyg- och rymdindustrin.

Ingenjörer kan utvärdera faktiska prestandaförhållanden genom att använda ULTEM i 3D-utskrifter för flygplansprototyper utan att behöva spendera pengar på dyr utrustning eller storskaliga tillverkningsprocesser.

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

Ett av de viktigaste materialen inom 3D-printing, för applikationer som kräver hög värmetolerans och extraordinär styrka, måste vara en titanlegering inom flygtillverkning. Additiva tillverkningstekniker som selektiv lasersmältning (SLM) och elektronstrålesmältning (EBM) har gjort det möjligt att tillverka komplexa titandelar med minskat materialspill.

Viktiga fördelar:

• Det har visat sig att titan har unika egenskaper vad gäller lättvikt och hållbarhet.

• Materialet ger ett exceptionellt skydd mot korrosion.

• Det är utmattningsresistent i ett sådant sammanhang.

• Materialet kan uthärda extrema temperaturförhållanden.

Titanlegeringar används inom flyg- och rymdtillämpningar som inkluderar strukturella konsoler och motorkomponenter och prototyper för flygplan. I 3D-utskrifter för flyg möjliggör titan topologioptimering som gör det möjligt för ingenjörer att designa lätta men ändå mycket hållbara delar med invecklade inre geometrier.

Den mekaniska testningen av titandelar för funktionell prototypning skapar testförhållanden som exakt representerar prestandan hos faktiska produktionskomponenter. Denna process ger viktiga valideringsdata som organisationer behöver innan de går vidare till masstillverkning.

Ytterligare framväxande material

Tredimensionell tryckning inom flyg- och rymdindustrin kräver ytterligare material utöver PEEK ULTEM och titan. Följande material har utvecklats för 3D-utskriftstillämpningar inom flyg- och rymdindustrin:

• Nylon (PA12) med kolfiberförstärkning för lätta strukturella komponenter

• Testning av flygplanskroppar och värmeväxlare kräver aluminiumlegeringar

• Högtemperaturhartser för vindtunnelmodeller och aerodynamiska tester

Dessa material utökar möjligheterna för industriell 3D-utskrift vilket gör det möjligt för flygingenjörer att snabbt utveckla nya designupprepningar.

Fördelarna med att använda avancerade 3D-printingmaterial inom flygindustrin

1. Den tid som behövs för utvecklingsarbete har minskat.

Additiv tillverkning möjliggör snabb prototypframtagning eftersom den tar bort kravet på komplicerad produktionsutrustning, vilket snabbar upp designprocessen.

2. Kostnadseffektivitet

FoU-kostnaderna minskar eftersom funktionella prototyper kan skapas utan att det behövs kostsamma formar eller bearbetningsutrustning.

3. Flexibilitet i designen

Processen gör det möjligt att tillverka komplexa geometrier med invändiga kanaler och lätta gitterstrukturer utan att det krävs något extra monteringsarbete

4. Förbättrad testnoggrannhet

Prototyper får bättre valideringsresultat eftersom högpresterande material gör det möjligt att simulera faktiska förhållanden vid slutlig användning.

Flyg- och rymdföretag använder avancerade 3D-printingmaterial för att skapa nya produkter samtidigt som de strikt följer säkerhetsföreskrifter och prestandakrav.

Hur man väljer rätt material för prototyper inom flyg- och rymdindustrin

Valet av material beror på följande:

• Toleranser för belastning

• Ett brett spektrum av driftstemperaturer

• Viktgränser

• Begränsningar i lagstiftningen

• Kostnadsbegränsningar

• Metall är bäst (vanligtvis titan) för strukturella komponenter

Det innebär att högpresterande termoplaster som PEEK eller ULTEM kan användas för t.ex. interiör eller icke-bärande komponenter som ger den nödvändiga styrkan med lägre vikt.

En tydlig förståelse av prestandakraven styr 3D-utskriften av flygprototypen för att garantera skalbarhet och tillförlitlighet.

Framtiden för 3D-utskriftsmaterial för flyg- och rymdindustrin

Forskare upptäcker nya kompositmaterial och högtemperaturpolymerer som förbättrar 3D-utskriftsmöjligheterna utomhus för flyg- och rymdtillämpningar. Materialvetenskapen har gjort framsteg genom att skapa komponenter som har förbättrad vikt och styrka och termiska motståndsegenskaper.

Industrin uppnår bättre produktionseffektivitet och minskat materialspill genom användning av återvinningsbara polymerer och optimerade metallpulver, vilket har blivit viktigt för tillverkare som nu prioriterar hållbarhet. Kombinationen av banbrytande industriell 3D-printing system med nästa generations material kommer att driva på innovationen inom flygindustrin genom att möjliggöra snabbare flygplansutveckling och förbättrad operativ förmåga.

Slutsatser

Valet av lämpliga 3D-printingmaterial är fortfarande avgörande för att skapa flygplansprototyper som uppfyller exakta standarder och samtidigt uppvisar överlägsna prestanda. De avancerade polymererna PEEK och ULTEM tillsammans med titanlegeringar skapar material som ger den styrka, lättvikt och värmebeständighet som krävs för att klara extrema förhållanden inom flygindustrin. Utvecklingen av industriell 3D-printingteknik gör det möjligt för företag att uppnå snabbare produktutveckling och mer exakta testresultat genom att investera i lämpliga materiallösningar.

Om du vill optimera din 3D-printing för flygprototyper med tillförlitliga, högpresterande material, levererar Norck precisionsdrivna additiva tillverkningslösningar som är skräddarsydda för flygets krav. Vår expertis inom avancerade materialteknologier för 3D-printing inom flygindustrin säkerställer funktionella prototyper som uppfyller strikta kvalitets- och prestandastandarder. Kontakta Norck idag för att omvandla dina flyg- och rymdkoncept till validerade, produktionsklara komponenter med banbrytande additiva tillverkningslösningar.