Druk 3D w samolotach, czyli polski wkład w rozwój branży lotniczej

Przewiduje się, że do 2021 r. 75% nowych samolotów komercyjnych i wojskowych będzie zawierać części drukowane w technologii 3D. Airbus w 2014 roku rozpoczął testy elementów tytanowych wyprodukowanych w taki sposób, od 2017 roku są one już na wyposażeniu samolotów seryjnych. W kabinach Airbusów A320 latających w barwach Finnair znajdują się widoczne dla pasażerów części z drukarek 3D – panele wypełniające luki w rzędzie schowków ponad siedzeniami.

Boeing od 1997 roku prowadzi prace badawczo-rozwojowe w dziedzinie zastosowania w produkcji samolotów technologii przyrostowej. Dziś dysponuje ponad 60000 części wydrukowanych w 3D. Można je znaleźć w maszynach komercyjnych i wojskowych.

Lżej znaczy ekonomiczniej

Elementy wydrukowane w 3D są o około 55% lżejsze od tych wytworzonych tradycyjnymi technikami. Dodatkowo pozwalają zmniejszyć zużycie materiału nawet o 90%. To dlatego technologia przyrostowa od lat przyciąga uwagę tuzów światowego przemysłu lotniczego. Wielkie koncerny i małe firmy z tej branży produkują w 3D części do samolotów i helikopterów, lżejsze i wydajniejsze silniki czy turbiny. Ze względów bezpieczeństwa w 3D nie drukuje się tak zwanych części krytycznych, narażonych na największe przeciążenia. Technologię tę wykorzystuje się za to między innymi do produkcji wsporników podtrzymujących różne instalacje w samolocie, ale też coraz częściej widocznych elementów kabiny. Boeing testuje obecnie wytwarzanie metodą 3D większych struktur, np. części skrzydeł.

Technologia 3D oszczędza czas i pieniądze. Co ciekawe, można ją wprowadzić do już eksploatowanych samolotów. Nie trzeba czekać latami, aż zostanie opracowana kolejna generacja maszyn. Bez trudu bowiem pozwala zastąpić część istniejącego modelu samolotu lżejszą wersją 3D. Jedną z jej zalet jest również to, że np. części zapasowe można zaprojektować wirtualnie, wydrukować, a następnie przetestować w bardzo krótkim czasie.

Materiał materiałowi nierówny

Nie ulega wątpliwości, że w branży lotniczej poza wagą części, przekładającą się na masę samolotu i tym samym na zużycie paliwa oraz emisję CO2 do atmosfery, ważną rolę odgrywają trwałe i bardzo mocne materiały, które wytrzymają duże obciążenia i zapewnią bezpieczeństwo. To głównie z tego powodu przez pierwsze lata producenci wytwarzali na drukarkach 3D przede wszystkim części plastikowe. Jednak wraz z rozwojem technologii 3D udoskonalane są także filamenty. Dziś w produkcji można używać już materiałów wzmacnianych między innymi włóknem szklanym lub węglowym, a to oznacza nowe obszary zastosowania wydrukowanych w 3D elementów w samolotach.

Nowe materiały wprowadza do swoich maszyn Airbus. Po raz pierwszy zainstalował wspornik tytanowy wytworzony na drukarce 3D w produkcji seryjnej samolotu A350 XWB. Wspornik jest częścią pylonu łączącego skrzydła z silnikami. Z kolei w niektórych samolotach testowych Airbus A320neo i A350 XWB zastosowane zostały wydrukowane w 3D metalowe wsporniki kabinowe i rury odpowietrzające.

– Producenci drukarek z uwagą śledzą potrzeby przemysłu, aby zaproponować użytkownikom swoich urządzeń rozwiązania dopasowane do ich rosnących potrzeb. Druk 3D jest wsparciem dla branży produkcyjnej, pozwala bowiem szybciej i taniej wytwarzać elementy maszyn, części zamienne czy nawet gotowe produkty małoseryjne bez strat materiałowych oraz o właściwie dowolnych kształtach. I co ważne – coraz wytrzymalsze. Najlepsze drukarki są wyposażone w wiele wymiennych głowic dopasowanych do rodzaju filamentu. Nowy, wytrzymalszy materiał nie wymaga wymiany całej drukarki, a jedynie zakupienia dodatkowej głowicy. To szybkie i łatwe do wdrożenia rozwiązanie – tłumaczy Sebastian Pietruszewski, Key Account Manager w firmie 3DGence, która produkuje przemysłowe drukarki 3D.

Polski wkład w rozwój branży lotniczej

Na polskim rynku lotniczym także nie brakuje przykładów zastosowań druku 3D. Firma MB Aerospace Poland specjalizuje się w zaawansowanej technologicznie obróbce cieplnej i powierzchniowej dla przemysłu lotniczego. Zajmuje się wprowadzaniem nowych produktów i wytwarzaniem części do produkcji silników samolotów. Ze względu na potrzeby sektora aerospace komponenty z aluminium, stali nierdzewnej czy superstopów na bazie niklu i tytanu, produkowane przez przedsiębiorstwo, muszą być wykonane niezwykle precyzyjnie. W niektórych fazach ich powstawania wdrożona została technologia druku 3D.

Firma stosuje wytwarzanie przyrostowe do produkcji elementów oprzyrządowania do mocowania części na maszynach CNC czy prototypów, a także do testowania nowych rozwiązań. Sama produkcja elementów oprzyrządowania specjalnego do mocowania części lotniczych na maszynach CNC wymaga dużego nakładu czasu i pieniędzy. Dzięki drukarce 3DGence ONE MB Aerospace tworzy m.in. tuleje rozprężne, stosowane w przyrządach tokarskich, które służą do mocowania części lotniczej podczas obróbki. Takie rozwiązanie to znaczna oszczędność.

Firma MB Aerospace z Rzeszowa za pomocą druku 3D wytworzyła też m.in. przyrządy z filamentu PLA, na których wykonywana jest operacja cechowania. Prototyp wydrukowany w 3D pozwolił następnie na wyprodukowanie gotowego elementu zabezpieczającego część przed uszkodzeniem, który pomaga eliminować drgania podczas obróbki. Cena podobnego przyrządu ze stali to około 2200 złotych, natomiast wydruk za pomocą technik addytywnych kosztował ok. 10 złotych.

Rewolucja 3D w branży lotniczej dokonuje się nie tylko dzięki producentom samolotów i ich części, ale też dzięki polskim firmom projektującym i wytwarzającym drukarki 3D. Na przykład współpracująca z MB Aerospace spółka 3DGence ma w swojej ofercie również urządzenie INDUSTRY F340, które pozwala drukować elementy z materiału PEEK. To filament o doskonałych własnościach mechanicznych oraz termicznych, od lat wykorzystywany w przemyśle lotniczym.

Niedawno opublikowane wyniki badania przeprowadzonego przez Research and Markets prognozują, że rynek druku 3D w przemyśle lotniczym do 2021 roku będzie rósł 23,01% rocznie. Już dziś branża z powodzeniem korzysta z technologii przyrostowej, a deklaracje gigantów pokazują, że przełomowych zastosowań druku 3D w sektorze będzie jeszcze więcej.