Najważniejsza jest precyzja – czyli o zastosowaniu druku 3D w przemyśle lotniczym

Drukarstwo przestrzenne (3D) rozkwita. To zjawisko jest szczególnie widoczne w sektorze lotniczym i kosmonautycznym. Jednak mimo to klasyczna obróbka metali w ciągu kolejnych kilku lat wciąż pozostanie kluczowym procesem. W końcu ważne jest nadal precyzyjne wykończenie, co do mikrometra, a także staranne dopracowanie komponentów.

Nazwa “Catalyst”’ (pol. Katalizator) nie brzmi szczególnie wyróżniająco w odniesieniu do turbiny turbośmigłowej, jednak zaczyna się robić ciekawie, gdy tylko bliżej przyjrzymy się technologii, która skrywa się za nazwą. Urządzenie amerykańskiego producenta GE Aviation będzie wykorzystywane w małych samolotach i jest osiągnięciem inżynieryjnym, które może stanowić swoisty precedens. Turbina składa się zaledwie z 12 komponentów, które wszystkie produkowane są w oparciu o wydruk 3D (według GE, turbiny tego rodzaju, produkowane w sposób konwencjonalny, składają się obecnie aż z 855 osobnych części).

Całkowita waga „Catalyst” jest o około pięć procent niższa, podczas gdy zużycie paliwa poprawiło się nawet o 20 procent. Nie powinno zatem dziwić, że jednostka GE zapewnia doskonałą wydajność podczas testów laboratoryjnych i wkrótce będzie wykorzystywana w początkowych lotach testowych.

W żadnym innym sektorze przemysłowym drukowanie 3D nie jest tak istotne, jak w sektorze lotniczym, który stanowi prawie jedną piątą rynku światowego. Głównym powodem popularności techniki druku przestrzennego w tej branży, jest produkcja „małych ilości” maszyn. Dla porównania, w 2018 r. na całym świecie wyprodukowano około 80 milionów samochodów osobowych, a u dwóch najważniejszych producentów samolotów komercyjnych – Boeinga i Airbusa, zaledwie 1600 samolotów zjechało z linii produkcyjnych. Samoloty są duże i złożone, dlatego celowo produkowane są z wielką starannością, co wymaga ogromnych nakładów czasu. Pozwala to wykorzystać zalety stosunkowo powolnego procesu drukowania 3D nie tylko w procesie produkcji małych części, ale coraz częściej także w przypadku wytwarzania dużych, złożonych elementów.

Nowy gracz w branży osiąga pełnoletność

W druku 3D używa się takich surowców jak  stal, tytan czy aluminum – zwykle w formie sproszkowanej lub pod postacią metalowego drutu – aby stworzyć daną część od podstaw. Lasery służą do topienia proszku, a następnie do nakładania go warstwa po warstwie, w oparciu o wcześniej zdefiniowane dane CAD, aż do uformowania pożądanego kształtu. Proces ten pozwala uzyskać nie tylko skomplikowane geometrie, jak w przypadku turbiny „Catalyst”’, ale też zaprojektować części wielofunkcyjne.

Ponieważ w przeszłości każda część miała tylko jedną funkcję, jest to jedna z najbardziej imponujących funkcji drukowania 3D. Różne etapy produkcji, które są niezbędne w tradycyjnej obróbce metali, nie są potrzebne w tym procesie.  Wymagana jest tylko stosunkowo niewielka ilość surowca (trzeba zauważyć, że czasami bardzo kosztownego). Korzyści te pomagają drukowi 3D stopniowo zdobywać pozycję w produkcji przemysłowej.

Według firmy badawczej IDC, inwestycje w technologię wzrosły o imponujące 24,1 procent rocznie w latach 2015-2020. W oparciu o prognozy dostarczone przez firmę konsultingową PwC Strategy, światowy rynek produktów i technologii drukowanych 3D w przemyśle prawdopodobnie wzrośnie od 13 do 23 procent rocznie do 2030 roku. Całkowita wielkość rynku mogłaby wówczas osiągnąć 22,6 mld EUR. Prognozy te rodzą jednak również pytania: jak radykalna, szybka i fundamentalna może być zmiana spowodowana drukiem 3D? Czy naprawdę zmieni wszystkie tradycyjne procedury produkcyjne stosowane do elementów metalowych? Które procesy i etapy procesu będą nadal potrzebne w przyszłości, a które nie? Jak wpłynie to na łańcuch wartości dodanej i role zaangażowanych firm?

„Rozszerzony zakres zastosowania 3D w branży lotniczej i kosmicznej nie oznacza końca obróbki metali.”
MARK HOWE,  SZEF GLOBAL PRODUCT MANAGEMENT METALWORKING LUBRICANTS W FIRMIE FUCHS

Nie wszystko się zmieni

– Rozszerzone zastosowanie wydruku 3D w przemyśle lotniczym nie oznacza końca obróbki metali”  – prognozuje Mark Howe, szef działu global product management metalworking lubricants w firmie FUCHS. – W przyszłości będziemy nadal potrzebować płynów do obróbki metali. Do tej pory dalsi dostawcy i ich podwykonawcy zasadniczo dostarczali producentom OEM i głównym dostawcom prawie w pełni wykończone części metalowe, a ci następnie instalowali je w swoich samolotach. Jednak wykorzystanie druku 3D oznacza, że ​​znaczna część tej ‘’obróbki zgrubnej’’ zniknie w przyszłości – komentuje Howe. – W zamian kluczowi gracze sami będą wytwarzać coraz więcej części przy użyciu procesów drukowania 3D. Jednak nadal będą one musiały być zoptymalizowane pod kątem montażu. 

4,5%
– to roczna stopa wzrostu produkcji komercyjnych samolotówChociaż druk 3D zyskuje udziały w rynku i może być wykorzystywany do produkcji coraz bardziej skomplikowanych części – nie może jednak zapewnić wykończenia z dokładnością do mikrometra, w tym wymaganego wykończenia powierzchni. – Ta precyzyjna praca prawie zawsze wymaga frezowania, rozwiercania, wiercenia i szlifowania. Wszystko to musi być wykonane z zachowaniem bardzo wąskich tolerancji. Części metalowe muszą być obrabiane bardzo precyzyjnie i być idealnie dopasowane, szczególnie w przemyśle lotniczym, z wyjątkowo surowymi standardami jakości. Smary chłodzące to  pewna przyszłość w dziedzinie obróbki metali – wyjaśnia Howe.

– Wszystko wskazuje na faktyczne nasilenie tych działań w trakcie nadchodzącego wzrostu produkcji, co ma być sposobem na zaspokojenie popytu – komentuje dalej Mark Howe.

Nie należy również lekceważyć tego zapotrzebowania, ponieważ na całym świecie zostały już złożone zamówienia na 13 000 samolotów komercyjnych. Przy obecnej stopie produkcji potrzebować będziemy około 8 lat, a roczna stopa wzrostu produkcji samolotów komercyjnych wynosi 4,5 procent. Oto fakty i liczby, które dają kierownikowi FUCHS powód do optymizmu: Smary chłodzące to pewna przyszłość w dziedzinie obróbki metali!