其他方式登錄
掃一掃微信咨詢
010-53652212
(工作日)
152 0110 5575
152 1011 0562
(周末)
QQ咨詢
首頁(yè) > 3D資訊

德-voxeljet助力法-Sogeclair:飛機(jī)艙門減重30%

魔猴君  科技前沿   2653天前

人氣 2323

飛機(jī)艙門結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)復(fù)雜,連桿、鉸鏈數(shù)量眾多,機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過(guò)程多階段,運(yùn)動(dòng)關(guān)系復(fù)雜多變。這些都給艙門的設(shè)計(jì)、加工帶來(lái)了挑戰(zhàn),如何在滿足力學(xué)性能要求的同時(shí),又滿足加工的可操作性,盡可能少的浪費(fèi)材料,并有效的實(shí)現(xiàn)輕量化,這是飛機(jī)艙門制造中所遇到的挑戰(zhàn)。德國(guó)voxeljet-維捷與法國(guó)Sogeclair合作通過(guò)Binder Jetting粘結(jié)劑噴射3D打印技術(shù)成功制造了鋁制的仿生學(xué)結(jié)構(gòu)艙門。


艙門是飛機(jī)上的運(yùn)動(dòng)功能部件,它的功能、使用壽命、安全性、維修性和可靠性,直接關(guān)系到飛機(jī)的出勤率。若艙門設(shè)計(jì)不當(dāng),飛機(jī)在高空中飛行的時(shí)候,可能發(fā)生艙門的意外打開(kāi),會(huì)造成壓力艙泄壓,并嚴(yán)重影響飛機(jī)飛行姿態(tài)。


為了達(dá)到高度的可靠性,艙門的設(shè)計(jì)上需要防止飛行中因機(jī)構(gòu)損壞或任何單個(gè)結(jié)構(gòu)元件損壞而打開(kāi)的可能性,這就為艙門的設(shè)計(jì)帶來(lái)了高度的復(fù)雜性。而為了滿足這一復(fù)雜性的設(shè)計(jì),也給加工帶來(lái)了相當(dāng)?shù)奶魬?zhàn)。不僅僅數(shù)量眾多的連桿、鉸鏈結(jié)構(gòu)帶來(lái)了加工的難度,還需要滿足各種力學(xué)性能的要求,包括門框部位的抗拉和抗彎性能,抗剪切和抗壓縮的構(gòu)件,都需要滿足嚴(yán)苛的力學(xué)要求。



鋁制艙門的設(shè)計(jì)效果圖


法國(guó)航空供應(yīng)商Sogeclair希望通過(guò)3D打印技術(shù)為飛機(jī)生產(chǎn)艙門,從而解決傳統(tǒng)加工方式所面臨的加工復(fù)雜性的挑戰(zhàn)。此外,Sogeclair希望通過(guò)3D打印技術(shù)節(jié)省材料,降低制造成本,并且大幅減輕艙門重量。


Sogeclair的這一需求可以說(shuō)是順應(yīng)了航空航天領(lǐng)域的發(fā)展需求,能源的緊張使得飛機(jī)需要不斷提高燃料效率和經(jīng)濟(jì)性,以降低其對(duì)環(huán)境的影響。而飛機(jī)的輕量化是實(shí)現(xiàn)降低燃料消耗的關(guān)鍵方式之一,減重帶來(lái)明顯的經(jīng)濟(jì)性成為航空供應(yīng)商的一致追求。


不過(guò),對(duì)于3D打印技術(shù)來(lái)說(shuō),加工飛機(jī)的艙門同樣面臨著挑戰(zhàn),一是艙門結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性,如何避免使用支撐材料從而實(shí)現(xiàn)近凈形的加工結(jié)果;二是艙門結(jié)構(gòu)尺寸大,如何能夠滿足大尺寸的加工而不需要二次拼接或者焊接。這都為Sogeclair向工業(yè)級(jí)3D打印設(shè)備及服務(wù)商voxeljet-維捷尋求合作提供了必然性。

voxeljet-維捷的Binder Jetting粘結(jié)劑噴射3D打印技術(shù)工作原理是,先鋪一層粉末,然后使用噴嘴將粘結(jié)劑噴在需要成型的區(qū)域,讓材料粉末粘接,形成零件截面,然后不斷重復(fù)鋪粉、噴涂、粘接的過(guò)程,層層疊加,獲得最終打印出來(lái)的零件。Binder Jetting的技術(shù)優(yōu)勢(shì)在于成型速度快、無(wú)需支撐結(jié)構(gòu),而且對(duì)于voxeljet-維捷來(lái)說(shuō),大尺寸正是他們所擅長(zhǎng)的。


在對(duì)飛機(jī)艙門所要達(dá)到的機(jī)械性能進(jìn)行深入的研究之后,項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)決定摒棄傳統(tǒng)的艙門設(shè)計(jì),而是采用了仿生學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念。通過(guò)仿生力學(xué)結(jié)構(gòu)來(lái)減少材料使用,從而將重量減輕30%,并且不犧牲艙門所需要達(dá)到的力學(xué)強(qiáng)度。


3D打印的PMMA材質(zhì)精密鑄造模具,來(lái)源voxeljet-維捷


設(shè)計(jì)完成后的挑戰(zhàn)是使這種三維設(shè)計(jì)成為現(xiàn)實(shí),在這個(gè)過(guò)程中,項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)采用了voxeljet-維捷的3D打印系統(tǒng)來(lái)制造大型精密模具。VX1000 3D打印機(jī)具有1,000 x 600 x 500 mm的構(gòu)建體積,成為該項(xiàng)目的合適選擇。通過(guò)層層打印PMMA粉末顆粒,并使用粘結(jié)劑噴射法將粉末顆粒相互粘結(jié)在一起,飛機(jī)艙門的精密鑄造模具就制造出來(lái)了。


PMMA的材料特性幫助Sogeclair了獲得關(guān)鍵的加工結(jié)果,與其他3D打印塑料材料相比,PMMA非常適合用于鑄造。其主要原因是粉末材料的負(fù)膨脹系數(shù),在燒毀薄壁模型的過(guò)程中不會(huì)導(dǎo)致漲殼,從而不會(huì)導(dǎo)致鑄造模具的破損,不僅降低了制造中的風(fēng)險(xiǎn),還滿足了近凈形的要求。


最終3D打印的PMMA材質(zhì)的精密鑄造模具被送到鑄造廠,最后完成了鋁質(zhì)材料的艙門鑄造。


相關(guān)文章:美新型3D打印組裝式無(wú)人機(jī):成本猛降200倍!


   
魔猴折讓
魔猴迎賓
流程
廣告位
二維碼