Kéttonnás 3D nyomtatott acélszerszám forradalmasíthatja a repülőgépgyártást

Az amerikai Oak Ridge-i Nemzeti Laboratórium (ORNL) és a Boeing közös fejlesztésében, nyolc hét alatt, rétegről rétegre építettek fel olvadt acélból egy masszív sajtoló szerszámot, amely 1,8 méter magas, 1,2 méter széles, a tömege pedig kb. 1814 kilogramm. Ez az eszköz a szimbóluma annak az összefogásnak, amelyben hőre lágyuló kompozitok előállításához keresnek korszerű gyártási módszereket. A Boeing a NASA nagy sebességű kompozit repülőgépgyártási projektjéhez használja fel az új szerszámot.

„A NASA és ipari partnerei azon dolgoznak, hogy növeljék a kompozit vázas repülőgépek gyártási ütemét. Ezzel ki tudják elégíteni a légi közlekedés iránti növekvő keresletet, és csökkenthetik a gépek súlyát, ami javítja az üzemanyag-hatékonyságot és mérsékli az üzemeltetési költségeket” – foglalta össze az ORNL közleményében a NASA projektmenedzsere. Richard Young hozzátette: a fejlesztés elengedhetetlen ahhoz, hogy az Egyesült Államok megőrizze versenyelőnyét a kereskedelmi repülőgépipar területén.

A Boeing amerikai kis- és nagyvállalatok hálózatát vonta be a munkába, hogy a legmodernebb mérnöki szakértelemmel hidalják át az összetett műszaki kihívásokat.

A repülőgépek hőre lágyuló műanyag ajtóit úgy készítik, hogy a forró műanyagot két fémforma közé préselik. Ezeket a formákat hagyományosan fémmegmunkálással – forgácsolással, öntéssel és fúrással – állítják elő, de a kutatók most arra fogadnak, hogy egy szabályozható hőmérsékletű formát gyorsabb, olcsóbb és egyszerűbb 3D nyomtatással elkészíteni.

A projekt a huzalos-íves additív gyártás technológiájára épült, egy olyan rendszerben, amely robotkarral és hegesztőpisztollyal rendelkezik. A berendezés megolvasztja a huzalt, és rétegről rétegre építi fel a fém alkatrészeket – ez a megoldás lehetővé teszi a különböző fémek kombinálását az egyedi igények szerint. A Boeing formájának szerkezeti részeinél lágyacélt használtak a szilárdság és a merevség érdekében, míg a felületre rozsdamentes acélt vittek fel a korrózióállóság és a tartósság biztosítására.

A 3D nyomtatás segítségével a mérnökök képesek voltak olyan ívelt csatornákat építeni a szerkezetbe – a hűtőfolyadékok számára –, amelyek pontosan követik a forma alakját. Ez hatékonyabbá teszi a melegítést és hűtést. A legnagyobb nehézséget a vetemedés jelentette: ahogy a felvitt fém lehűlt, a belső feszültségek megcsavarodást okoztak. Ennek minimalizálása érdekében a csapat ideiglenes merevítőbordákat alkalmazott, és 32 szimulációs kör után sikerült olyan formát előállítani, amely csak néhány milliméternyire tért el a tervezett alaktól.

A sikeres nyomtatás után a szerszámot a Baker Industries-hoz szállították, ahol hőkezeléssel távolították el a belső feszültségeket, majd elvégezték a végső megmunkálási feladatokat.

A projekt sikere azt jelenti, hogy a technológiával nagy méretű szerkezeteket gyárthatnak az amerikai ipar más szektorai, például az energiaipar vagy az autóipar számára is. Ezzel bebizonyosodott, hogy a nagyméretű, összetett szerszámok gyorsabban és hatékonyabban elkészíthetők 3D nyomtatással, mint a hagyományos módszerekkel.

Gábor János, NEW technology