수년에 걸쳐 항공우주 분야는 전 세계적으로 가장 빠르게 성장하는 3D 프린팅 애플리케이션 중 하나임이 입증되었습니다. 다양한 종류, 작은 배치 및 복잡한 구조는 항공우주 산업의 고유한 제품 특성입니다. 경량화, 저비용화, 신속한 개발에 대한 절실한 요구는 높은 자유도와 빠른 성형이라는 3D프린팅의 특성과 매우 잘 맞습니다. 일부 항공기 제조업체는 짧은 가동 중지 시간을 활용하여 항공기를 개조하고, 노후화된 항공기를 유지하기 위해 디지털 재고를 구축하고, 차세대 항공기를 만들기 위해 고급 제조 기술을 사용할 수도 있습니다. 예를 들어, 우리나라에서 국산 C919 대형 항공기는 3D프린팅 기술을 다수 적용하여 설계 및 시험생산을 하고 있습니다.
항공 산업에서 3D 프린팅을 사용하는 이유를 자세히 살펴보고 이러한 일반적인 이점이 항공기 생산에 어떻게 사용될 수 있는지 살펴보겠습니다.
부품 통합
부품 조립에서 가장 약한 부분은 조립되는 부분입니다. 항공기의 경우 이러한 약점이 치명적인 고장이 되어 인명을 위협할 수 있다.
부품의 여러 구성 요소를 단일 3D 인쇄 빌드에 통합하면 조립 지점 수가 필연적으로 줄어듭니다. 3D 프린팅으로 가능해진 고유한 형상은 일반적으로 수십 또는 수백 개의 부품이 있는 것을 단 몇 개 또는 단일 부품으로 줄일 수 있습니다. 부품을 고정하는 데 용접, 리베팅 또는 기타 패스너가 필요하지 않으므로 조립이 줄어들 뿐만 아니라 잠재적인 고장 지점도 줄어듭니다.
통합된 구성요소가 많을수록 절감액이 커집니다. 조립 후 일부 부품이 고정되면 디자인을 통합할 수 있는 기회가 될 수 있습니다. 적층 제조에서 복잡성은 종종 자유롭고 가장 성공적인 부품은 이 원칙을 최대한 활용합니다. 부품 통합의 이점은 주로 다음과 같습니다.
조립 감소: 여기에는 노동력, 재고, 지그/도구 및 최종 제품 전용 제조 공간 감소가 포함됩니다. 조립 검사도 줄어들어 조립 오류 가능성이 크게 줄어듭니다.
고장점 감소: 장기 유지보수 비용이 절감되고 교체 부품 재고가 감소할 수 있습니다. 필요한 경우 소규모 배치 교체를 신속하고 비용 효율적으로 수행할 수 있습니다.
운영 비용 절감: 적층 제조 덕분에 설계 자유를 통한 부품 최적화는 제품 성능을 향상시켜 부품 중량 감소 및 열 성능 향상과 같은 개선을 가능하게 합니다.
L중량급
비행에 사용되는 장비의 경우 "그램은 금"이며 1kg의 체중 감량은 수십만 위안의 비용을 절약할 수 있습니다. 구성품이 가벼울수록 연료가 적어 비행 시 탄소 발자국이 줄어들 뿐만 아니라 비행 비용도 절감됩니다.
3D 프린팅은 전통적인 제조 재료를 기반으로 지속적으로 혁신하고 있습니다. 동일한 구조 부품에서 더 나은 성능을 가진 3D 프린팅 재료 제형을 사용하여 더 가벼운 최종 부품을 만듭니다. 부품 통합, 3D 프린팅 토폴로지 최적화 및 격자 구조와 같은 경량 구조와 결합하여 특히 항공기의 경량 설계에 유리하여 기능적으로 밀도를 높입니다.
향상된 설계 자유도
적층 제조 분야에서 일하는 많은 사람들은 처음으로 다른 제조 공정에서 생산할 수 없는 복잡한 형상을 달성할 수 있기 때문에 이 기술이 뛰어난 "설계 자유"를 제공한다고 주장합니다.
과거에는 설계가 매우 복잡한 구성 요소는 제조하기 어렵거나 비용이 많이 들거나 전혀 제조할 수 없었습니다. 적층 제조 공정을 사용하여 매우 복잡한 2차원 또는 3차원 금속 부품을 비교적 간단한 방식으로 생산할 수 있으며 이는 솔리드 및 메쉬 부품으로 구성된 구조 구성 요소를 일체형으로 형성하는 실행 가능한 방법입니다.
토폴로지 최적화 및 제너레이티브 디자인과 같은 디자인 방법은 3D 프린팅이 이전에는 생각하지 못했던 새로운 모양을 개발하는 데 효과적으로 도움이 되었습니다. 이러한 복잡한 격자 디자인은 필요한 경우에만 재료를 통합하여 무게를 줄일 뿐만 아니라 종종 기존 디자인보다 더 강합니다. 특정 제한 사항이 여전히 존재하고 3D 프린팅 기술 및 사용된 재료에 따라 달라질 수 있지만 이러한 제한 사항은 여러 면에서 기존의 절삭 가공 공정에서 볼 수 있는 것보다 훨씬 덜 심각합니다. 새로운 내부 및 외부 항공기 부품은 노후화된 원래 부품을 대체하도록 설계될 수 있으며, 극한의 기능을 추가하기 위한 보다 유연한 설계 트릭이 가능합니다.
신속한 프로토타이핑 반복
3D 프린팅의 원래 사용 이름은 신속한 프로토타이핑입니다. 스케치 아이디어에서 CAD 디자인, 첫 번째 프로토타입, 그리고 두 번째, 세 번째 등등에 이르기까지 3D 프린팅은 신제품 출시 시간을 단축합니다. 터빈블레이드를 전통기술로 제작하려면 설계부터 제작까지 약 반년이 걸리지만 금형을 만드는 데는 약 반년이 걸린다. 그러나 3D 프린팅 기술을 사용하면 며칠 또는 몇 주 내에 빠른 처리 및 반복을 달성할 수 있습니다.
소량 생산
항공 우주 산업에서는 자동차 또는 전기 제품 제조에 비해 총 생산량 측면에서 상대적으로 적은 수의 항공기가 생산됩니다.
고부가가치, 소량 생산은 3D 프린팅에 적합합니다. 기존의 많은 제조 공정에서는 값비싼 툴링과 금형을 제작해야 하므로 대량 생산을 위한 규모의 경제를 창출하지만 적층 제조에서는 금형이 필요하지 않습니다. 동일한 빌드 플레이트에 다른 디자인을 포함하여 추가 몰딩 또는 툴링 비용 없이 한 번에 하나 또는 여러 조각을 만들 수 있습니다.
적층 제조와 기존 제조 사이의 변곡점에서는 일반적으로 기존 기술이 비용 효율성이 높아질 때까지 수백 또는 수천 개의 부품을 제조해야 하며, 이는 궁극적으로 각 사출 성형 부품의 비용을 몇 센트로 줄일 수 있지만 그 교차점까지는 그렇지 않습니다. 포인트, 3D 인쇄는 더 비용 효율적일 것입니다. 특히 고부가가치 응용재료를 사용하는 경우에는 재료 절약이 필수적이다.
D디지털 인벤토리
항공기의 유효 수명이 거의 다하면 비행을 계속하기 위해 특정 부품을 교체하여 회수할 수 있습니다. 이를 수행하는 기존 방식은 필요할 때 예비 부품을 선반에 비축하는 물리적 창고를 사용하는 것입니다. 대부분의 경우 이러한 예비 부품은 원래 시리즈 생산 OEM 부품과 동시에 제조되며 마모된 부품의 교체 요구를 위해 예약됩니다. 그러나 그러한 필요가 전혀 발생하지 않는다면, 그들은 제품을 생산하는 데 드는 시간과 비용뿐만 아니라 선반에 놓여 있는 제품을 수년 동안 낭비하고 있는 것입니다. 설상가상으로, 수요가 발생하면 예비 부품, 특히 영원히 생산이 중단되는 예비 부품의 재고가 소진됩니다. 작은 부품 하나라도 누락되면 비행기가 접지될 수 있습니다.
디지털 인벤토리 접근 방식은 선반에 항목을 물리적으로 배치하는 대신 3D 인쇄가 가능한 디자인 파일을 저장합니다. 교체해야 하는 부품은 적절한 3D 프린팅 기술을 사용하여 언제 어디서나 제조할 수 있으며 값비싼 금형이나 도구를 미리 제작할 필요도 없습니다. OEM이 지연될 때까지 기다리지 않고 물리적 재고에 대한 압박을 줄이는 동시에 비행 수명을 연장하여 작은 부품으로 인해 비행할 수 없게 됩니다.
3D 프린팅으로 더 높이 더 멀리 날기
프로토타입에서 예비 부품에 이르기까지 항공기 생산은 공급망에서 3D 프린팅을 사용함으로써 점점 더 많은 이점을 얻고 있습니다. 분산된 생산, 새로운 설계 가능성, 시간, 재료 및 비용의 감소는 항공기가 계속 높은 비행을 할 수 있는 새로운 방법을 제공하고 있습니다.
부가 가치 제조 공정은 전통적인 제조를 대체하여 금형 비용을 절감하고 여러 측면에서 비용 절감 및 효율성 증가를 달성할 수 있습니다. 3D 프린팅 재료는 3D 프린팅 기술 발전을 위한 소재 기반이며 금속, 세라믹 및 복합 재료는 3D 프린팅 분야에서 떠오르는 트랙입니다. Wohlers Associates Inc에서 발표한 산업 통계에 따르면 3D 프린팅의 다운스트림 응용 산업에서 자동차 산업, 가전 제품 및 항공 우주가 가장 큰 비율을 차지하며 금속, 세라믹 및 복합 재료가 "티핑 포인트"가 될 것입니다. 3D 프린팅 재료.
"Made in China 2025" 계획을 배경으로 3D 프린팅은 우리나라 지능형 제조 추진의 주요 라인이 되었으며 항공 우주는 적층 제조의 중요한 응용 분야 중 하나입니다. 현재 국내외 항공 우주 분야에서 높은 마하 수와 높은 기동성 항공기가 끝없이 등장하여 차세대 항공 우주 비행체의 주요 개발 추세 중 하나가 되었습니다. 설계 요구 사항은 설계 및 제조 프로세스에 대한 더 높은 요구 사항을 제시합니다. 대부분의 구성 요소는 대형, 복잡한 형상 및 다중 구조의 특성을 가지고 있습니다. 3D 프린팅 기술은 대형 부품의 통합 제조, 특수 형상 및 복잡한 구조 부품 제조, 대량 맞춤형 구조 부품 제조에 큰 이점이 있습니다.
JR은 디자인, 3D 프린팅 프로세스, 후가공, CNC 가공 및 기타 원스톱 서비스를 제공할 수 있습니다. 현재 항공 우주 응용 분야의 많은 과학 연구 기관, 대학 및 기업과 협력하고 있으며 고성능, 경량 및 미세 미세 구조를 갖춘 금속 간접 3D 프린팅을 위한 전반적인 솔루션을 제공하기 위해 노력하고 있습니다.