پرینت سه بعدی در صنعت هوافضا و صنایع دفاعی

صنایع دفاعی و صنایع هوافضا از اولین بهره برداران پرینترسه بعدی هستند. اولین استفاده از پرینترسه بعدی در این صنایع به سال 1989 میلادی باز میگردد. اکنون پس از سه دهه، صنایع دفاعی و هوافضا 16.8 درصد از بودجه ی 10.4 میلیارد دلاری بازار تولید افزایشی را به خود اختصاص می دهند ومتخصصان این صنایع به صورت مداوم در حال توسعه ی مرزهای تکنولوژی هوافضا به کمک پرینت سه بعدی هستند.

پیشرفت پرینترسه بعدی و صنعت تولید افزایشی در میان صنایع هوافضا، وابسته به شرکت های بزرگ پیشگام دراین صنعت است. شرکت های چند ملیتی مانند GE, Airbus, Boeing, Safran و GKN براین باورند که گزاره ی ارزش به دست آمده توسط پرینت سه بعدی به بخش های زیر تعلق می گیرد.

ساخت نمونه های کاربردی

تجهیز و ارتقا

قطعات و اجزاء سبک و کم وزن

همانطور که انتظار می رود. استفاده از چاپگر سه بعدی در صنعت هوافضا تنها محدود به نمونه سازی نمی شود. قطعات اصلی و کاربردی نیز توسط پرینتر سه بعدی ساخته و در هواپیما و سایر وسایل پروازی استفاده می شوند. چند مثال از قطعاتی که با پرینتر سه بعدی ساخته شده است، داکت هوا، پنل های دیواری و حتی اجزاء ساختاری فلزی را شامل می شود.

فواید استفاده از چاپگرسه بعدی در صنایع دفاعی و صنعت هوافضا

تولید در تیراژ و تعداد پایین

در صنایعی مانند هوافضا ودفاع که ساخت قطعات پیچیده در تیراژ پایین مورد نیاز است، پرینت سه بعدی بسیارایده آل بوده وبه کمک این تکنولوژی، اشکال هندسی بسیار پیچیده بدون نیاز به سرمایه گذاری در بخش ابزارسازی و قالب سازی امکان پذیراست. پرینترسه بعدی این امکان را برای تولید کنندگان فراهم می کند تا با صرف زمان و هزینه ی کمتر، قطعات مورد نیاز را درتعداد کم تولید کنند.

کاهش وزن قطعات

مانند ایرودینامیک وعملکرد موتور، وزن یکی ازمهم ترین عوامل تاثیرگذار درطراحی هواپیما است. کم کردن وزن یک هواپیما یا هروسیله ی پروازی می تواند به میزان قابل توجهی بر روی انتشار کربن دی اکسید، مصرف سوخت و ظرفیت ترابری آن تاثیر گذار باشد. در این بخش، پرینت سه بعدی می تواند بسیار نقش آفرین باشد. این تکنولوژی برای ساخت قطعات سبک وزن بسیار ایده آل است که در نهایت منجر به کاهش مصرف سوخت می شود. با استفاده ازنرم افزار های مخصوص و روش های طراحی مولد(generative design)، پیچیدگی در طرح ها ومدل ها محدودیتی نخواهد داشت وساخت بسیاری از مدل های پیچیده ی نهایی تنها به روش چاپ سه بعدی امکان پذیرخواهد بود.

صرفه جویی در متریال

از آنجایی که چاپگر سه بعدی، قطعات را با اضافه کردن لایه به لایه ی متریال میسازد، در بیشترحالت ها، متریال تنها در ساختار قطعه مصرف شده و درمقایسه با روش های تولید کاهشی، ازهدررفت مواد جلوگیری می شود.

متریال های مختلف مورد استفاده در چاپ سه بعدی روز به روز در حال گسترش اند. بخش قابل توجهی از این متریال ها را مواد صنعتی و بسیار مقاوم تشکیل می دهند. ساخت قطعات پرینت سه بعدی شده در مقطع صنعتی و با استفاده از متریال های صنعتی نیازمند تجهیزات پیشرفته و تخصص و تجربه ی فراوان است. از این رو مراکز خدمات پرینت سه بعدی در بخش های مختلف، با شرکت های فعال در صنایع هوافضا و صنایع دفاعی فعالیت میکنند. مجموعه ی استودیو سه بعدی با بهره مندی از تنوع درمتریال های صنعتی وتکنولوژی های مختلف پرینت سه بعدی، کیفیت و کارایی قطعات صنعتی ساخته شده را برای مشتریان خود تضمین میکند.

مونتاژ و ادغام قطعات

یکی دیگر از مزیت های پرینت سه بعدی، ادغام و مونتاژ سرخود قطعات است. به این معنا که چند قطعه که برای ساخت آن به سایر روش ها، به دلیل پیچیدگی، نیازبه چند تکه کردن آن است، درروش ساخت با پرینترسه بعدی به صورت یک تکه ساخته می شود. کاهش تعداد قطعات مجزا، زمان مورد نیاز برای مونتاژ قطعات را به طور چشمگیر، کاهش می دهد.

تعمیر و نگهداری

میانگین طول عمر یک وسیله ی پروازی مانند هواپیما بین 20 تا 30 سال است. این امر به نگهداری، تعمی، وارزیابی عملکرد سیستم ها به صورت مداوم اهمیت زیادی می بخشد. با استفاده از متریال های صنعتی می توان به صورت موقت یا به طور دائمی، بسیاری از قطعات استفاده شده در وسایل پروازی را تعمیر و یا جایگزین کرد.

کاربرد های عملی پرینت سه بعدی در صنایع هوافضا و صنایع دفاعی

تجهیزات و اجزاء داخلی هواپیما

درباره ی: شرکت ایرباس

قطعات پلاستیکی ساخته شده توسط چاپگر سه بعدی می توانند برای کاربردهای صنعت هوافضا، مانند فضای داخلی هواپیما فوق العاده مفید باشند. فضای داخلی کابین هواپیما های تجاری باید به صورت دوره ای بروزشوند، فرایندی که می تواند شامل جایگزینی اجزایی مانند پنل های دیواری باشد. همچنین سفارشی سازی هواپیماها وکابین مسافران به این معنی است که نیاز به تولید قطعات به طورمداوم ودر حجم کم وجود دارد و همچنین زمان تکمیل و تحویل سفارشات بسیار ضروری است.

یک نمونه بارز این نوع کاربرد ها ایرباس است. از سال 2018 ، این شرکت، پنل های فاصله دار را توسط پرینترسه بعدی تولید و روی هواپیماهای تجاری A320 خود نصب کرده است. به طورسنتی، اجزای پلاستیکی جدید با استفاده از قالب تزریق تولید می شوند که یک روش گران و پیچیده در حجم کم است و به امکانات و هزینه ی گسترده نیازمند است. با استفاده از پرینتر سه بعدی (FDM) ، ایرباس توانسته است تا قطعاتی با ویژگی های پیچیده مانند ساختارهای شبکه مانند را بدون هیچ گونه هزینه اضافی تولید کند. درنتیجه، علاوه بر کاهش هزینه، پنل های فاصله دار 15٪ سبک تر از پنل هایی هستند که با استفاده از روشهای سنتی ساخته شده اند و این امر به کاهش وزن  هواپیما کمک می کند.

اجزاء ساختاری در سیستم های دفاعی

درباره ی: شرکت Nano Dimension and Harris

وقتی صحبت از صنایع دفاعی می شود ، چاپ سه بعدی توانایی تغییر روش تولید قطعات نهایی مورد استفاده در تجهیزات نظامی را دارد. برخی از کاربردهای دفاعی کنونی از تجهیزات پیچیده ی حمل و نقل و هواپیماهای بدون سرنشین کوچک جاسوسی تا اجزای موتور جت و بدنه ی زیردریایی متغیر است.

چاپ سه بعدی تراشه های الکترونیکی یکی ازموضوعات مورد علاقه شرکت های دفاعی است که به طور فزاینده ای درحال رشد است. با استفاده از این فناوری، مهندسان در حال حاضر قادر به طراحی و تولید نمونه های اولیه ی برد های الکتریکی و مدار های پیچیده و آنتن ها در داخل مجتمع های نظامی هستند. این بدان معنی است که تولید کنندگان می توانند با حذف نیاز به برون سپاری پروژه های امنیتی و با ارزش بالا به اشخاص ثالث، روند توسعه محصول را تسریع کنند.

آنتن ها یک نمونه مهم در نشان دادن نقش پرینتر سه بعدی در سرعت بخشیدن به فرایند طراحی و ساخت دستگاه های الکترونیکی هستند. شرکت "هریس" را در نظر بگیرید، این شرکت در کنار Nano Dimension، یکی از تولید کنندگان چاپگرهای سه بعدی سیستم های الکترونیکی، در سال 2018 هنگامی که آنتن هایی را با استفاده از چاپ سه بعدی تولید کرد، به یک موفقیت اساسی دست یافت.

ابزار سازی

درباره ی: Latécoère & Moog Aircraft Group

شرکت های فعال در صنعت هوافضا همچنین می توانند با استفاده از فناوری چاپ سه بعدی، تجهیزات و ابزارسفارشی مانند دستگاه های برقی و لوازم مورد نیازرا بلافاصله پس از سفارش تولید کنند. شرکت فرانسوی فعال درصنعت هوافضا، Latécoère از پرینترسه بعدی برای کاهش زمان دریافت تا تحویل سفارش در ساخت ابزارهای سفارشی استفاده می کند. پیش ازاین ، این شرکت برای تولید این ابزارها از فرزCNC استفاده می کرد که مدت زمان دریافت تا تحویل سفارش حداقل تا شش هفته بود. اکنون این شرکت، با استفاده از چاپگرهای سه بعدی FDM می تواند این ابزار را فقط در عرض چند روز تولید کند. این به معنای کاهش 95 درصدی زمان دریافت تا تحویل سفارش است.

این شرکت ادعا می کند این رویکرد جدید در تولید ابزار همچنین 40٪ هزینه ها را کاهش می دهد. این ابزارها به طور قابل توجهی از نظر ارگونومی سفارشی هستند، این امر کاراپراتور را آسان تر می کند و منجر به تولید سریعتر و کارآمدتر می شود. به همین ترتیب، گروه هواپیمای Moog از چاپ سه بعدی FDM برای تولید ابزارهایی مانند دستگاه های اندازه گیری مختصات CMM در داخل مجموعه ی خود استفاده می کند. در گذشته این شرکت این محصول را به خارج از کشور واگذار می کرد که این روند بین 4 تا 6 هفته به طول می انجامید. اکنون Moog با استفاده از چاپ سه بعدی داخلی، تجهیزات CMM را تقریباً در مدت زمان 20 ساعت تولید می کند. وسایلی که قبلاً بیش از 2000 پوند هزینه داشتند اکنون می توانند با دویست پوند ساخته شوند.

قطعات یدکی

درباره: Satair

بدلیل اتکای شدید به قطعات یدکی و تعویض مداوم قطعات، شرکت های فعال در صنعت هوافضا به صورت فزاینده در جستجوی راه های جدید برای کاهش زمان دریافت تا تحویل سفارشات هستند. برای تأمین این تقاضا، تأمین کنندگان صنعت هوافضا باید راه هایی برای ارائه سریعتر خدمات تولیدی پیدا کنند. فناوری تولید افزایشی این امکان را فراهم می آورد تا  قطعات یدکی به سرعت و در زمان مورد نیازتولید شود. این امر، به نوبه خود، نیاز به انبارداری گسترده را کاهش می دهد و به کاهش هزینه های پرنگه داشتن انبارهای قطعات و اطمینان از تولید قطعات به صورت محلی کمک می کند.

Satair یک شرکت تابع ایرباس است که در توزیع قطعات یدکی تخصص دارد وقطعات پلاستیکی و فلزی ساخته شده با پرینتر سه بعدی را ارائه می دهد. این شرکت توزیع کننده قطعات یدکی برای تولید قطعات و ابزارهای سفارشی از چاپ سه بعدی استفاده می کند، این فناوری به کاهش قابل توجه زمان دریافت تا تحویل سفارش و همچنین ساده سازی زنجیره تأمین کمک می کند.

صنعت هوافضا و صنایع دفاعی بخش قابل توجهی از بازار تولید افزایشی را تشکیل می دهد. دلایل این امر ساده است: تولید افزایشی فواید فراوانی را از قبیل بهبود عملکرد هواپیما تا ارائه روش سریع  تر برای تولید قطعات یدکی ارائه می دهد. اما اقدام وحرکت به سمت تولید به روش چاپ سه بعدی در صنعت هوافضا، برای غلبه بر چالش های خاص، نیازمند اعمال شرایط ویژه است. این شرایط  شامل صدورگواهینامه قطعات چاپ شده، تکرار پذیری دقت و کیفیت و امنیت بهتر فرآیند تولید است. برای اطمینان از کیفیت و تضمین عملکرد و همچنین ثبات کیفیت اجزاء ساخته شده با پرینت سه بعدی، شرکت های متخصص در چاپ سه بعدی، امکانات و خدمات جامعی را به شرکت های فعال در صنایع دفاعی و هوافضا ارائه می دهند. با توجه به سرمایه گذاری قابل توجهی که برای توسعه ی فرآیندهای چاپ سه بعدی و مواد مورد استفاده در آن انجام شده است، مطمئناً آینده چاپ سه بعدی در صنعت هوافضا و صنایع دفاعی درخشان خواهد بود.