مطالعه موردی پرینت سه بعدی قالب کامپوزیت

Aurora Flight Science (AFS) یک شرکت پیشرو شناخته شده در تحقیقات هوانوردی و هواپیمایی است که در زمینه طراحی و ساخت هواپیماهایی با اهداف خاص تخصص دارد. AFS و Stratasys برای ارزیابی و اجرای قالب کامپوزیت پرینت سه بعدی شده به روش FDM، قالب تولیدی جانبی و قطعات پرواز برای توسعه و تولید چندین سازه هواپیمای با سرنشین و بدون سرنشین، با یکدیگر همکاری کرده اند. یکی از مشتری های اصلی AFS برای طراحی و تولید پوسته بدنه بیرونی قسمت شکم هواپیما با اندازه تقریبی ۲۷۴ سانتیمتر در ۶۱ سانتیمتر در ۷۶ سانتیمتر برای یک هواپیمای Centaur در یک بازه زمانی بسیار کوتاه از این شرکت کمک گرفت. AFS پس از دریافت مشاوره های مختلف برای قالب کامپوزیت سنتی، به Stratasys مراجعه کرد.

ساخت قالب کامپوزیت با استفاده از تکنولوژی پرینت سه بعدی FDM

از آنجا که ابعاد میز کار پرینتر سه بعدی به ابعاد ۹۱ سانتیمتر در ۶۱ سانتی متر در ۹۱ سانتیمتر محدود بود، قالب طراحی شده نیاز به تکه شدن داشت. یعنی قالب باید به صورت چند پارچه تولید شده و سپس طی عملیات مونتاژ به یکدیگر متصل می شدند. علاوه بر این، همانطور که در شکل زیر مشاهده می شود، طراحی قطعه در اندازه بهینه منجر به ایجاد زوایای منفی در قطعه می شود که امکان جدا شدن قطعه از قالب را دشوار می کند. انعطاف پذیری تکنولوژی پرینتر سه بعدی FDM امکان طراحی چند بخشی را فراهم می سازد، که به بخش استوانه ای با زوایای منفی در قالب اجازه می دهد پس از پخت به راحتی از قطعه جدا شود.

از آنجا که پوسته بدنه بیرونی قسمت شکم هواپیما فایبرگلاس یا اپوکسی از دمای پخت پایین (کمتر از ۹۳ درجه سانتیگراد) استفاده می کند، مواد خارج از اتوکلاو، این قالب برای صرفه جویی در هزینه از پلی کربنات ساخته شده است. اثر ضریب انبساط حرارتی بالاتر پلی کربنات در مقایسه با رزین پلیمر Polyethylenimine (۴۰٪ کمتر از پلی کربنات) در نتیجه دمای پخت نسبتاً کم کاهش یافت. بخش ها در دو روش ساخت پوسته توخالی و نامتراکم ساخته شدند. بخش های نامتراکم برای کاهش زمان ساخت و تغییر مواد، با استفاده از پرینتر سه بعدی ۹۰۰mc Fortus و مواد XtendtM 500 ساخته شدند. بخش های توخالی پس از ساخت به منظور اصلاح سختی قالب با حداقل هزینه و در کوتاه ترین زمان، با فوم انبساطی دما بالا پر شدند.

نصب پوسته بدنه بیرونی قسمت شکم در هواپیمای Centaur

AFS با بهره گیری کامل از قابلیت های فناوری پرینت سه بعدی FDM، توانست با کاهش ۶۰-۸۰ درصدی در زمان تدارک و کاهش ۶۰-۷۵ درصدی هزینه ها در مقایسه با قالب سازی سنتی، زمانبندی مورد نظر مشتری را برآورده سازد. پرینتر سه بعدی FDM علاوه بر صرفه جویی قابل توجه در هزینه و زمان، امکان تقسیم بندی بدون مشکل طرح و استفاده از یک پیکربندی قالب دارای زوایای منفی را فراهم می سازد.