Аддитивное производство проволочной дуги для моделей аэродинамических труб

Доктор Филомено Мартина, основатель и генеральный директор WAAM3D

Ожидается, что во всем мире рынок аэродинамических труб вырастет до 3,19 млрд долларов США в 2027 году при среднегодовом темпе роста +3,3%. С тех пор как первые закрытые аэродинамические трубы были введены в эксплуатацию еще в 1800-х годах, они доказали свою ценность в аэродинамических исследованиях и внесли фундаментальный вклад в каждую крупную авиационную программу. По мере того как беспилотные летательные аппараты (БПЛА) становятся все более популярными, модели в аэродинамических трубах снова демонстрируют свой потенциал, помогая инженерам улучшить аэродинамическое качество (или соотношение L/D) этих и многих других аэрокосмических компонентов.

В этой статье доктор Филомено Мартина, генеральный директор и соучредитель WAAM3D, рассказывает о том, как 3D-печать металлом используется аэрокосмическими исследовательскими компаниями для улучшения разработки и инноваций своей продукции, а также о том, как работают эти прототипы.

Испытание и разработка аэрокосмической детали посредством проектирования прототипа может оказаться длительным, затяжным и дорогостоящим процессом. Однако этот этап жизненно важен, поскольку чем эффективнее прототип, тем лучше готовый продукт. Металлические прототипы можно использовать не только на продвинутых стадиях и этапах подготовки к производству, но и на ранних этапах, особенно когда необходимо оценить механические и функциональные характеристики. Металлические прототипы могут быть изготовлены из алюминия, стали или других материалов и созданы с использованием ряда процессов, таких как механическая обработка с ЧПУ, формовка листового металла, литье или 3D-печать металлом.

Аддитивное производство проволочной дуги (WAAM) — это технология 3D-печати металлом, которая потенциально может изменить крупномасштабное производство прототипов и компонентов для аэрокосмической отрасли. Это связано с тем, что он позволяет избежать дорогостоящих отходов, связанных с механической обработкой таких материалов, как титан, и позволяет создавать менее сложные структуры среднего и крупного размера из различных материалов (от титана, алюминия, тугоплавких металлов, стали, бронзы и меди до инвара, Инконель и магний). Он особенно подходит для изготовления средних и крупных компонентов самолетов, таких как крестообразные детали, фланцы, панели жесткости и нервюры крыла.

RoboWAAM — это широкоформатная платформа для 3D-аддитивной печати металлом WAAM3D (Изображение: WAAM3D)

В последние годы компания Aircraft Research Association Ltd (ARA), базирующаяся в Бедфорде, Великобритания, искала способы сократить время выполнения заказов и сократить затраты на создание моделей. Потратив много лет на независимые исследования и разработки для аэрокосмической промышленности Великобритании, компания имеет глобальную клиентскую базу, простирающуюся от западного побережья Северной Америки, через Европу до Дальнего Востока Азии. ARA также признана центром передового опыта в области аэродинамики и, работая над многими инновационными проектами для крупнейших мировых производителей коммерческих самолетов и оборонных систем, привыкла расширять границы проектирования ради технических преимуществ.

Ранее исследовав потенциал стального крыла вместе с основателями WAAM3D и их командой в Крэнфилде, инженеры по аэродинамике ARA знали, что WAAM обладает потенциалом сократить время и затраты на создание моделей в аэродинамической трубе. Чтобы проверить эту теорию, ARA выбрала алюминиевый носовой обтекатель диаметром 190 мм и длиной 350 мм, который будет изготовлен с использованием процесса WAAM, который может быть интегрирован в модель аэродинамической трубы в рамках программы, финансируемой исследованиями и инновациями Clean Sky 2 (в соответствии с Соглашением GA No. 864803).

Алюминиевый носовой обтекатель диаметром 190 мм и длиной 350 мм был изготовлен на машине RoboWAAM (Изображение: WAAM3D).

Согласно исследованиям Крэнфилдского университета, проводимым с 2006 года, WAAM3D является лидером в области крупномасштабного аддитивного производства. Имея опыт предоставления готовых решений на основе продуктов, услуг и материалов собственной разработки, команда тесно сотрудничала с ARA над оптимизацией конструкции носового обтекателя, чтобы обеспечить его доставку с точки зрения экономии времени и средств. Для этого команда WAAM3D учла геометрию и позаботилась о том, чтобы большая часть исходного материала стартовой планки была построена вокруг гасителя вибрации, встроенного в носовой обтекатель. Это свело к минимуму наносимый материал, сэкономив время, деньги и материалы.