Um dos principais impulsionadores do aumento do uso de ligas de titânio é a ampla aplicação de compósitos de fibra de carbono na fabricação aeroespacial. Ligas de titânio e compósitos de fibra de carbono apresentam excelente compatibilidade, oferecendo não apenas alta resistência e resistência à corrosão, mas também redução efetiva de peso, tornando-os particularmente adequados para áreas-de alta tensão e componentes críticos em contato com materiais compósitos. No entanto, esse aumento no uso de ligas de titânio apresenta um duplo desafio para os fabricantes aeroespaciais: em primeiro lugar, as ligas de titânio são metais de alto-valor, e os processos tradicionais de forjamento resultam em uma utilização extremamente baixa de materiais, com até 80% a 95% das matérias-primas potencialmente desperdiçadas durante a usinagem, representando um desafio para a busca da indústria aeroespacial pela fabricação enxuta e pelo desenvolvimento sustentável. Em segundo lugar, a otimização contínua do desempenho das aeronaves depende cada vez mais de projetos estruturais mais eficientes e leves, enquanto os processos de fabricação tradicionais muitas vezes enfrentam limitações, como custos elevados, longos prazos de entrega ou inviabilidade técnica ao alcançar estruturas integradas complexas. Então, existe um método de fabricação que possa simultaneamente resolver a questão urgente do desperdício de materiais e desbloquear o potencial futuro de projetos estruturais complexos? A Airbus, uma fabricante aeroespacial, respondeu a essas perguntas com sua tecnologia de fabricação aditiva de-deposição de energia dirigida por fio (w-DED), que ela pratica há muitos anos.
Como funciona o-DED?
A Airbus explica que a tecnologia usa um braço robótico multi{0}}eixo equipado com uma bobina de fio de liga de titânio, que se move precisamente de acordo com um modelo digital. Ao concentrar energia como laser, plasma ou feixes de elétrons no fio, ele é instantaneamente derretido e depositado camada por camada em um substrato. Superficialmente, o processo se assemelha à soldagem, mas na verdade é totalmente controlado por um modelo tri-dimensional, capaz de "imprimir" o material de baixo para cima em uma -chamada "peça bruta". Essa peça bruta já está muito próxima do formato final desejado, alcançando um estado "próximo ao-formato-rede", e apenas o acabamento rápido é necessário para atender aos requisitos dimensionais precisos da peça.
Desbloqueando o potencial de componentes estruturais de liga de titânio para aeronaves de grande porte
Desbloqueando o potencial de componentes estruturais de liga de titânio para aeronaves de grande porte
Embora a tecnologia de impressão 3D de metal tenha sido usada no campo aeroespacial há cerca de uma década, anteriormente ela estava limitada principalmente a peças pequenas. Os sistemas de impressão 3D de "cama de pó" são normalmente usados para fabricar peças com menos de 60 centímetros (cerca de dois pés). Em contraste, a tecnologia w-DED permitiu à Airbus superar as limitações de tamanho, produzindo grandes componentes estruturais em liga de titânio de até sete metros (mais de 23 pés) de comprimento. O novo processo promete velocidades de produção de vários quilogramas de material por hora. Isso torna possível a produção em-escala industrial e em grande{10}}escala da tecnologia de impressão 3D para componentes estruturais de grandes aeronaves comerciais.
Ajudando a reduzir o desperdício de matérias-primas de titânio
Na busca atual pela fabricação sustentável e enxuta, os processos tradicionais de forjamento lutam para atender aos rigorosos requisitos de controle de custos e eficiência de recursos dos fabricantes aeroespaciais. Um dos principais motivos pelos quais a Airbus introduziu a fabricação aditiva DED é evitar o desperdício de material durante o processamento desde o início. Isso ocorre porque, na fabricação aditiva DED, as peças são cultivadas camada por-camada em um formato quase-rede-, muito semelhante ao formato final do projeto, exigindo apenas uma usinagem mínima subsequente.
Aumentando a agilidade no desenvolvimento de aeronaves
Os processos tradicionais de forjamento exigem a fabricação de moldes grandes e complexos, um processo que pode levar até dois anos e requer um investimento inicial substancial. Por outro lado, o formato das peças impressas-em 3D é inteiramente definido por programas de computador, reduzindo os ciclos de entrega para apenas algumas semanas. A agilidade oferecida pelo w-DED é particularmente benéfica para a fabricação tranquila e oportuna do primeiro protótipo-mesmo enquanto os projetos detalhados ainda estão sendo ajustados-e otimizados, a tecnologia suporta iteração rápida de componentes físicos até que toda a aeronave entre na montagem final.
Primeira validação na produção do A350
A Airbus iniciou recentemente a integração da produção em massa de grandes componentes fabricados com tecnologia w{0}}DED na estrutura perimetral da porta de carga da aeronave A350. Nesta fase exploratória, essas peças específicas, projetadas pela Airbus, são impressas usando tecnologia plasma w-DED por fornecedores qualificados, depois testadas ultrassonicamente pela Testia Bremen e, finalmente, finalizadas e montadas nas próprias fábricas da Airbus. Estas peças são funcional e geometricamente idênticas às peças forjadas tradicionais que substituem, mas alcançaram poupanças de custos significativas. Olhando para o futuro, a Airbus planeja usar os componentes w{7}}DED do A350 como ponto de partida para estender gradualmente essa tecnologia a outros projetos e partes mais críticas da aeronave (no longo prazo, incluindo asas e trem de pouso).
Projetado para DED
Mais importante ainda, esta tecnologia deu origem ao novo conceito de “projetado para DED”. Os engenheiros não precisam mais dividir componentes complexos em múltiplas peças independentes para fabricação e montagem separadas; em vez disso, eles podem projetá-los como um único componente integrado estruturalmente otimizado e imprimi-los de uma só vez. Essa capacidade de integrar diversas peças em um único componente simplificará efetivamente a cadeia de suprimentos, reduzirá as etapas de montagem e encurtará os ciclos de produção, concretizando assim plenamente o potencial da próxima{2}}geração de aeronaves baseadas em conceitos de projeto 3D.
Promovendo a aplicação de fabricação de componentes-chave
Atualmente, a Airbus e seus parceiros estão fazendo grandes avanços no acúmulo de experiência na fabricação de componentes-chave usando a tecnologia w-DED (wafer-to-find) e alcançaram um progresso encorajador. Os engenheiros estão testando diversas fontes de energia, incluindo plasma, soldagem a arco, feixes de elétrons e feixes de laser, e avaliando simultaneamente estratégias de "terceirização" (contratação de impressão para fabricantes externos) e de "fabricação interna" (produção interna). Além disso, esta tecnologia será padronizada ao nível do Grupo Airbus para garantir a sua aplicação e promoção em toda a empresa.
Avançando sistematicamente a lógica da aeronavegabilidade
O aspecto-mais demorado e desafiador da certificação de aeronavegabilidade é o reconhecimento da segurança, ou seja, como provar que os materiais são seguros. A indústria internacional de fabricação de aviação civil acumulou experiência ao longo de muitos anos de prática. Quando falamos em certificação de aeronavegabilidade, estamos nos referindo, na verdade, à certificação de peças de aeronaves, que envolve três aspectos: materiais, processos e design. A fabricação aditiva-tecnologia de impressão 3D-envolve todos os três elementos. Primeiro, a manufatura aditiva é um processo de fabricação. Entretanto, maximizar o valor desta tecnologia requer um design para a produção aditiva. O uso de novos materiais na fabricação aditiva de peças acrescenta outro elemento que requer verificação de segurança. Portanto, a abordagem mais segura é resolver esse problema passo a passo, minimizando os riscos. A abordagem da Airbus para a fabricação aditiva de ligas de titânio DED reflete a lógica de aeronavegabilidade de “três-etapas” discutida na entrevista acima. Primeiro, começando com estruturas de suporte-de carga secundárias, como as portas de carga do A350, a confiabilidade do próprio processo w-DED foi verificada, mantendo materiais e design inalterados. Em seguida, estendeu-se gradualmente às estruturas-de suporte de carga primárias, promovendo a otimização "projetada para DED". Atualmente, o foco está em desbloquear o potencial dos materiais tradicionais com novos processos, em vez de desafiar simultaneamente caminhos inteiramente novos em materiais, processos e design. Essa abordagem faseada e-com risco controlado não apenas reflete o ritmo necessário na industrialização, mas também revela a essência da manufatura aditiva aeroespacial-não é apenas inovação tecnológica, mas também um projeto sistemático de "construção de confiança". Como transformar a inovação tecnológica em valor fiável que possa ser certificado e produzido em massa no âmbito da aeronavegabilidade, e o calendário subjacente, a estratificação de risco e a lógica de verificação, pode ser mais digno de consideração profunda da indústria do que detalhes técnicos específicos.