پرینت سه بعدی موتور هواپیما چه مفهومی در صنعت نظامی خواهد داشت؟

پروژه های فضایی اخیر مانند برنامۀ ناسا برای ایجاد پایگاهی دائمی در ماه و همچنین نقشۀ کمپانی SpaceX برای رسیدن به سیارۀ مریخ، منجر به انفجاری از نوآوری ها در صنعت هوافضا شده است. در این راستا تحولات قابل توجهی در زمینۀ تولید قطعات مشاهده می شود. جایی که پرینت سه بعدی امکان انعطاف پذیری بالایی را در مراحل طراحی و تولید موتور هواپیما فراهم می آورد.

قبل از پرینت سه بعدی، فرایندهای ساخت قطعات عمدتا بر پایه روش های ساخت کاهشی (subtractive) مانند مانند فرزکاری، برشکاری، چرخش، خمش و دیگر فرایندهای شکل دهی و جوشکاری بوده است. این روش ها به ماشین آلات سنگین نیاز دارند. نمونه ای از آن ها را می توان در فرایند فرزکاری مشاهده کرد. این فرایند شامل حذف مواد ناخواسته از یک قطعۀ فلزی است که با تماس قطعه با یک زاویه نسبت به محور تجهیزات برشی چرخنده صورت می گیرد.

ایجاد اشکال دلخواه در قطعات فلزی نیاز به استفاده از ماشین آلات سنگینی مانند ابزارهای برقی یا دستگاه های CNC دارد. به علاوه این فرایندها طولانی مدت هستند و به کارگران بسیار ماهری نیاز دارند.

پرینت سه بعدی چیست؟

پرینت سه بعدی عبارت است از ساخت اشیای پیچیدۀ سه بعدی با لایه نشانی و اتصال مداوم ماده ای که پس از طی مدت زمانی منجمد می شود و ساختار نهایی را پدید می آورد. پرینت سه بعدی با عنوان ساخت افزایشی (Additive Manufacturing) نیز شناخته می شود.

در این روش یک مدل سه بعدی دیجیتال برای تولید انواع هندسه به صورت لایه به لایه استفاده می شود. انتخاب پرینت سه بعدی به عنوان فرایند تولید، امکان تولید هندسه های پیچیده با دقت و تکرارپذیری بالا را فراهم می کند.

اکثر چاپگرهای سه بعدی از تولید رشته های ذوب شده استفاده می کنند که رسوب مداوم رشته ای از مواد ترموپلاستیک را سبب می شود. یک دستگاه چاپ سه بعدی معمولاً شامل یک سر اکسترودر یا چاپگر متحرک است که رشته ای را که از قرقرۀ بزرگ تغذیه می شود، گرم می کند. این حرکت دو بعدیِ سر چاپگر است که اجسام سه بعدی را در محور x و y تولید می کند. این سیستم توسط رایانه کنترل می شود تا امکان رسوب دقیق لایه های مختلف با هندسۀ مشخص را فراهم کند.

طراحی موتورهای هواپیما با پرینت سه بعدی

اخیرا شاهد هستیم که نیروی هوایی ایالات متحده اولین ارگانی است که قطعات پرینت شده سه بعدی را در طراحی موتور هواپیما پیاده سازی می کند. روند چاپ سه بعدی فلز در این فرایندها با عناوین زینترینگ لیزری مستقیم فلز (DMLS) و ذوب لیزری مستقیم فلز (DMLM) نیز شناخته می شود.

در این فرایندها از روش ساخت افزایشی برای توسعۀ هندسه های پیچیدۀ جامد از بستر پودر فلز استفاده می شود. پرتوی لیزر به طور انتخابی 20-60 میکرون از لایه های فلزی را ذوب می کند و لایه های جدیدی روی لایه های قبلی ذوب می شوند.

در این فرایند قطعات فلزی با خواص مکانیکی بسیار مطلوبی برای استفاده های صنعتی تولید می شوند. ساخت یک واشر ضد یخ برای موتورهای توربوفن پرات و ویتنی مدل TF33-P103 شاهدی بر این موضوع است. این واشر در سیستم پیشرانه هواپیمای Northrop Grumman E-8 و بمب افکن بوئینگ B-52 استفاده می شود. واشرهای ضد یخ به جلوگیری از تجمع یخ در موتور کمک می کنند.

تأیید اجزای حیاتی مانند واشرهای ضد یخ، اطمینان شرکت های سازنده به این فناوری ساخت و تولید را تقویت می کند. پرسنل تعمیر و نگهداری کمپانی Tinker AFB، واشر جدید ضد یخ را چند بار مهندسی و آزمایش کردند و توانستند یک راه حل مناسب برای کمبود قطعۀ موجود در بازار ارائه دهند.

مشخص است که استفاده از فرایند چاپ سه بعدی جایگزینی قطعاتی را که قبلاً کمیاب و گران بودند، امکان پذیر می سازد. البته اجزای جدیدی که مشخصات و خواص جدیدی دارند، برای دستیابی به اولویت های طراحی باید مهندسی شوند.

4

دقیــقه مطالعه

همه چیز درباره پرینت سه بعدی (تکنیک‌ها و تکنولوژی‌ها)

پرینت سه بعدی چیست؟ پیش از این در نوشته‌های دیگر به اهمیت و جایگاه پرینت سه بعدی...

استفاده از ساخت افزایشی زمان ساخت را تا حد زیادی کاهش می دهد. به این معنی که می توان در زمان کمتر، اجزای بیشتری را برای تجهیزات جنگی تولید کرد. به عنوان مثال، استفاده از چاپ سه بعدی باعث شده است که مدت زمان بین عقد قرارداد و ساخت قطعه از 120 روز به 14 روز کاهش یابد!

از طرفی ادغام اجزای چاپ شده به صورت سه بعدی، روند طراحی را به صورت گسترده بهبود می بخشد. زیرا این روش امکان نمونه سازی (Prototyping) سریع را فراهم می کند. جالب است بدانید که در مجموع 30 نسخه از واشر ضد یخ قبل از یافتن طرح بهینه، آزمایش شده است.

آیندۀ پرینت سه بعدی در صنایع دفاع

با گسترش کاربرد پرینت سه بعدی در ساخت اجزای هواپیما، صنایع دفاعی شاهد افزایش پایداری و کارایی سیستم های خود خواهد بود. مزایای این روش از جمله نمونه سازی سریع، منجر به انجام تست های عملکرد بیشتر قبل از صدور گواهینامه های اطمینان محصول می شود.

همچنین با تلاش بیشتر برای طراحی هندسی دیجیتالی می توان اجزای مطمئن تری تولید کرد. به این معنی که این روش به جای تمرکز روی ساخت، فضای بیشتری برای آزمایش و تجزیه و تحلیل فراهم می کند.

کاربرد پیشرفته تر فناوری پرینت سه بعدی شامل به کارگیری یادگیری ماشین (Machine Learning) برای تولید هندسه بهینه برای اجزای خاص است. این موضوع در فرایندی به نام مدل سازی مولّد (Generative Modeling) استفاده می شود.

اپراتورها می توانند پارامترهای عملکردی مانند تنش ها و گشتاورها، نوع مواد و ملزومات فضایی (Spatial Requirements) را به نرم افزار وارد کنند.

این نرم افزار بر اساس پارامترهای ورودی، همۀ جایگشت های طراحی را تحلیل و آزمایش می کند. نکتۀ جالب توجه بعدی این است که گزینه های بهینه را به راحتی می توان برای آزمایش بیشتر به صورت سه بعدی چاپ کرد. اجزای آسیب دیده بر اساس مشخصات آن دوباره مهندسی شده و به راحتی جایگزین می شوند.

www.azom.com