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勢

過去十年里,3D打印技術在航空航天領域的應用越來越廣泛,世界500強企業中涉及到3D打印的專利申請數量已增長超過800%,空客公司采用3D打印技術生產了超過1000個飛機零部件,波音公司也已經廣泛的采用3D打印技術進行生產,國產C919大飛機通過應用大量的3D打印技術實現了設計和試產,3D打印技術已在軍工航空航天工業扮演了相當重要的角色。

目前,航空航天3D打印技術的應用主要集中在金屬3D打印技術領域,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而言,金屬3D打印技術的應用并不是行業向前發展的唯一途徑,大尺寸高分子復合顆粒料3D打印技術也是一個新的技術增長點,這個技術目前中國與世界其他發達國家基本處于起步發展的平行階段,在這一領域的投入與發展有望使中國軍工航空航天工業的制造水平迅速從跟隨水平進步到領先發展的水平。

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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I從事大尺寸顆粒料3D打印機研發與應用的佼佼者,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、工業軟件等實現整套解決方案全環節自主研發,100%實現國產化,并達到國際先進水平。

一、五軸增減材一體機(BGAM)

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


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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,搭載自主研發的高頻拍打整形技術,可實現大尺寸構件的一體成型。

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熔粒構造成型技術(FGF)

 

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

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打印材料

酷鷹專為高端工業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,可滿足多種使用場景需求。同時,使用顆粒料代替傳統3D打印線材,成本只為傳統線材的十分之一,性價比極高。

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一、ABS-CF材料

20%碳纖維增強的ABS顆粒料,長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價比,用于制造使用溫度不高于 220 ℃的各類模具。

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應用與優勢

 

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,航空航天工業已經開始從鋁、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,且需要至少幾個月的制作周期,通過酷鷹的大尺寸顆粒料快速制造方案進行模具的增減材一體化制造,可以制造適用于常溫、中溫、到高溫的各類工裝、模具,并滿足模具精度、表面質量、氣密性要求以及耐溫耐壓的要求。目前酷鷹已采用該技術實現多架次大型無人機整機蒙皮模具、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足航空航天等領域復材制件的備品備件,以及各類超大尺寸、多維曲面與復雜結構定制化產品的快速制造,無需開模,具有成型能力更強、生產周期更短、效率更高等優勢,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域產品模型、原型機1:1打印等各類復雜產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的迭代升級研發上有著傳統制造方式無法比擬的優勢。

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大尺寸顆粒料3D打印技術憑借其成型能力強、產品質量高、自動化程度高、工序更簡化、效率更高等優勢,在軍工航空航天領域有著深遠且廣闊的應用前景。

1.3D打印成型能力更強,最大程度實現設計自由??焖俪尚凸に嚳蓪崿F各類航空航天多維曲面、復雜造型的制品結構,并且可以通過設計優化結構,使得零件更少,更利于產品的結構設計,有效加速產品迭代與生產進程。

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)可直接生產出符合使用強度要求與尺寸要求的工件,無需進行過多的拼接與粘接等,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打印無法比擬的,更小的變形量能夠實現各部件嚴絲合縫的組裝,同時機加工使得表面更加光滑平整,精度更高。

3.打印件強而輕,性能優異。重量、強度等是在進行工業制品設計與制造時需要重點考慮的因素,大尺寸顆粒料3D打印可以完美實現高強度的同時最大程度的輕量化,我們使用纖維增強型高分子復合顆粒材料進行制品生產,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,并可直接用于實際使用。

4.生產工序更簡化,大幅縮短生產周期。酷鷹在一臺設備上融合了3D打印與CNC加工2種工藝,直接從設計進入成品制造,整個過程快捷高效,環保省材,工序更少,生產速度更快,這對企業快速實現產品升級換代與縮短制造進程至關重要。

5.自動化程度更高,節約成本。傳統方式制造復合材料產品成本高、耗時長、勞動密集。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,低碳環保,同時自動化生產也有效降低了人工與運輸成本。

 


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