航空航天應用案例

大尺寸顆粒料3D打印機在軍工航空航天的應用優(yōu)勢

過(guò)去十年里,3D打印技術(shù)在航空航天領(lǐng)域的應用越來(lái)越廣泛,世界500強企業(yè)中涉及到3D打印的專(zhuān)利申請數量已增長(cháng)超過(guò)800%,空客公司采用3D打印技術(shù)生產(chǎn)了超過(guò)1000個(gè)飛機零部件,波音公司也已經(jīng)廣泛的采用3D打印技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn),國產(chǎn)C919大飛機通過(guò)應用大量的3D打印技術(shù)實(shí)現了設計和試產(chǎn),3D打印技術(shù)已在軍工航空航天工業(yè)扮演了相當重要的角色。

目前,航空航天3D打印技術(shù)的應用主要集中在金屬3D打印技術(shù)領(lǐng)域,大多以鈦合金,鋁鋰合金,超高強度鋼等材料為主,但對于航空航天工業(yè)而言,金屬3D打印技術(shù)的應用并不是行業(yè)向前發(fā)展的唯一途徑,大尺寸高分子復合顆粒料3D打印技術(shù)也是一個(gè)新的技術(shù)增長(cháng)點(diǎn),這個(gè)技術(shù)目前中國與世界其他發(fā)達國家基本處于起步發(fā)展的平行階段,在這一領(lǐng)域的投入與發(fā)展有望使中國軍工航空航天工業(yè)的制造水平迅速從跟隨水平進(jìn)步到領(lǐng)先發(fā)展的水平。

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尺寸顆粒料3D打印機

上??狷椏萍加邢薰揪褪菄鴥葘?zhuān)業(yè)從事大尺寸顆粒料3D打印機研發(fā)與應用的佼佼者,其推出的五軸增減材一體機(BGAM)系列與機器人增材制造系統(BRAM)系列,從3D打印設備、大流量顆粒料擠出機、打印材料,到控制系統、工業(yè)軟件等實(shí)現整套解決方案全環(huán)節自主研發(fā),100%實(shí)現國產(chǎn)化,并達到國際先進(jìn)水平。

一、五軸增減材一體機(BGAM)

五軸增減材一體機(BGAM)是酷鷹自主研發(fā)的采用熔粒構造成型技術(shù)(FGF)與五軸數控加工技術(shù)結合的非金屬增減材一體化設備,可在同一臺設備實(shí)現顆粒料3D打印與CNC加工2種工藝,具有超大成型空間,可實(shí)現10米級工件的一體化生產(chǎn);具有超高打印速度與質(zhì)量,設備配備新款大流量打印頭,并搭載多種先進(jìn)整形與打印工藝,將熱塑性復合材料融合在一起,創(chuàng )造出密實(shí)的表面。


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二、機器人增材制造系統(BRAM)

機器人增材制造系統(BRAM)是酷鷹推出的基于機械臂的大尺寸顆粒料3D打印設備,成型尺寸1m x 1m x 1.3m,可選配帶有第七軸的型號,成型尺寸可達到5m x 1m x 1.3m,設備標配K20(20KG/H)打印頭,搭載自主研發(fā)的高頻拍打整形技術(shù),可實(shí)現大尺寸構件的一體成型。

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熔粒構造成型技術(shù)(FGF)

 

熔粒構造成型技術(shù)(FGF)是采用加熱原理快速融化高分子顆粒料后疊加成型。實(shí)際打印過(guò)程中,由3D打印擠出機對高分子顆粒料進(jìn)行加熱并擠出,經(jīng)過(guò)整形機構進(jìn)行整形處理后,開(kāi)始降溫成型,形成熔融結合層。當一層打印任務(wù)結束后,打印機構上升一個(gè)切片層厚高度,然后繼續下一層加熱、擠出、整形及降溫成型過(guò)程直到整個(gè)工件打印結束。

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打印材料

酷鷹專(zhuān)為高端工業(yè)制造定制了多款纖維增強高分子復合顆粒材料。目前,酷鷹面向市場(chǎng)推出了以ABS-CF為代表的常溫材料,以PC-CF為代表的中溫材料,還有以PEI-CF,PPS-CF等為代表的高溫材料,材料在機械性能和耐熱性能上表現十分出色,可滿(mǎn)足多種使用場(chǎng)景需求。同時(shí),使用顆粒料代替傳統3D打印線(xiàn)材,成本只為傳統線(xiàn)材的十分之一,性?xún)r(jià)比極高。

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一、ABS-CF材料

20%碳纖維增強的ABS顆粒料,長(cháng)期使用溫度可以達到80℃,由于其出色的機械性能和尺寸穩定性,特別適合玻璃纖維/碳纖維制件常溫固化條件下模具的制造。

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二、PC-CF材料

20%碳纖維增強的PC(聚碳酸酯)顆粒料,擁有出色的耐熱性能和尺寸穩定性,適用于碳纖維制件在120℃固化條件下模具的制造。

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三、PEI-CF材料

20%碳纖維增強的PEI(聚醚酰亞胺)顆粒料,在大尺寸打印中提供更寬的工藝窗口,擁有出色的耐熱性能和尺寸穩定性,可用于制造使用溫度不高于 180 ℃的各類(lèi)模具。

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四、PPS-CF材料

20%碳纖維增強的PPS(聚苯硫醚)顆粒料,耐溫可以達到260℃,在大尺寸打印中提供更寬的工藝窗口和更高的性?xún)r(jià)比,用于制造使用溫度不高于 220 ℃的各類(lèi)模具。

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應用與優(yōu)勢

 

目前,大尺寸高分子顆粒料3D打印機在航空航天中的應用主要可以分為三大方向:大型工裝模具的制造、復材制件的直接快速制造、大尺寸模型以及原理性驗證件的制造。

一、大型工裝模具制造:

出于減重的目的,航空航天工業(yè)已經(jīng)開(kāi)始從鋁、鋼等材料轉向碳纖維復合材料。航空航天復材工件對于模具工作溫度、真空性、耐壓性等都有嚴格的要求,傳統的模具制作方式往往制作成本高昂,且需要至少幾個(gè)月的制作周期,通過(guò)酷鷹的大尺寸顆粒料快速制造方案進(jìn)行模具的增減材一體化制造,可以制造適用于常溫、中溫、到高溫的各類(lèi)工裝、模具,并滿(mǎn)足模具精度、表面質(zhì)量、氣密性要求以及耐溫耐壓的要求。目前酷鷹已采用該技術(shù)實(shí)現多架次大型無(wú)人機整機蒙皮模具、飛機部件模具等的快速制造。

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二、復材制件快速制造

酷鷹的大尺寸顆粒料快速制造方案可以滿(mǎn)足航空航天等領(lǐng)域復材制件的備品備件,以及各類(lèi)超大尺寸、多維曲面與復雜結構定制化產(chǎn)品的快速制造,無(wú)需開(kāi)模,具有成型能力更強、生產(chǎn)周期更短、效率更高等優(yōu)勢,可有效顛覆傳統制造方式,是大尺寸工件快速成型、低成本制造的理想解決方案。

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三、大尺寸模型以及原理性驗證件制作

酷鷹的大尺寸顆粒料快速制造方案,可適用于軍工航空航天領(lǐng)域產(chǎn)品模型、原型機1:1打印等各類(lèi)復雜產(chǎn)品的原理性驗證件的快速制作,在小批量大尺寸工件制造以及特種行業(yè)的迭代升級研發(fā)上有著(zhù)傳統制造方式無(wú)法比擬的優(yōu)勢。

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大尺寸顆粒料3D打印技術(shù)憑借其成型能力強、產(chǎn)品質(zhì)量高、自動(dòng)化程度高、工序更簡(jiǎn)化、效率更高等優(yōu)勢,在軍工航空航天領(lǐng)域有著(zhù)深遠且廣闊的應用前景。

1.3D打印成型能力更強,最大程度實(shí)現設計自由??焖俪尚凸に嚳蓪?shí)現各類(lèi)航空航天多維曲面、復雜造型的制品結構,并且可以通過(guò)設計優(yōu)化結構,使得零件更少,更利于產(chǎn)品的結構設計,有效加速產(chǎn)品迭代與生產(chǎn)進(jìn)程。

2.尺寸更大、精度更高。與市面上其他3D打印機相比,酷鷹的大尺寸顆粒料3D打印機更符合高端制造應用。一方面可以實(shí)現更大尺寸的復合材料制品的一體成型,五軸增減材一體機(BGAM)可直接生產(chǎn)出符合使用強度要求與尺寸要求的工件,無(wú)需進(jìn)行過(guò)多的拼接與粘接等,另一方面,酷鷹的增減材一體化制造工藝在尺寸精度和表面精度上都是傳統3D打印無(wú)法比擬的,更小的變形量能夠實(shí)現各部件嚴絲合縫的組裝,同時(shí)機加工使得表面更加光滑平整,精度更高。

3.打印件強而輕,性能優(yōu)異。重量、強度等是在進(jìn)行工業(yè)制品設計與制造時(shí)需要重點(diǎn)考慮的因素,大尺寸顆粒料3D打印可以完美實(shí)現高強度的同時(shí)最大程度的輕量化,我們使用纖維增強型高分子復合顆粒材料進(jìn)行制品生產(chǎn),強度與剛度都能得到明顯的增強與改善,抗壓能力十分出色,并可直接用于實(shí)際使用。

4.生產(chǎn)工序更簡(jiǎn)化,大幅縮短生產(chǎn)周期。酷鷹在一臺設備上融合了3D打印與CNC加工2種工藝,直接從設計進(jìn)入成品制造,整個(gè)過(guò)程快捷高效,環(huán)保省材,工序更少,生產(chǎn)速度更快,這對企業(yè)快速實(shí)現產(chǎn)品升級換代與縮短制造進(jìn)程至關(guān)重要。

5.自動(dòng)化程度更高,節約成本。傳統方式制造復合材料產(chǎn)品成本高、耗時(shí)長(cháng)、勞動(dòng)密集。而酷鷹的增減材一體化的制造方式可以大幅減少材料浪費,低碳環(huán)保,同時(shí)自動(dòng)化生產(chǎn)也有效降低了人工與運輸成本。