Quando falamos sobre aeroespacial e manufatura aditiva, é fácil pensar em componentes de motor de metal impressos em 3D de aparência futurística, mas também há outra área de aplicação de rápido crescimento e altamente benéfica que está transformando a produção aeroespacial para melhor: ferramentas compostas impressas em 3D.
O Airtech Advanced Materials Group, que tem mais de 50 anos de experiência com ensacamento a vácuo e materiais de ferramentas compostas, tornou-se um líder importante neste segmento em evolução, alavancando a manufatura aditiva de grande formato (LFAM) e seus materiais líderes da indústria para produzir rapidamente produtos de ferramentas compostas, como moldes de autoclave, acessórios, modelos mestres e moldes de layup, para indústrias incluindo a aeroespacial.
O setor aeroespacial tem sido um segmento importante para a Airtech desde o início da empresa: quando começou, o mandato da Airtech era fornecer aos fabricantes aeroespaciais produtos auxiliares compostos e materiais de ferramentas. Hoje, esse relacionamento continua forte, pois os OEMs aeroespaciais agora também se tornaram adotantes entusiasmados das ferramentas compostas impressas em 3D da Airtech. “O segmento de mercado aeroespacial representa uma proporção significativa dos negócios globais da Airtech tanto em seus negócios de materiais auxiliares compostos quanto na manufatura aditiva”, disse Gregory Haye, Diretor de Manufatura Aditiva da Airtech.
A oferta de manufatura aditiva da Airtech inclui os recursos de serviço de impressão interna Print-Tech, um processo híbrido que combina impressão 3D de extrusão termoplástica de grande formato (com dimensões de até 12 x 3 metros) e usinagem de precisão para obter ferramentas robustas e dimensionalmente precisas para produzir componentes aeroespaciais compostos. Este processo para fabricação de ferramentas compostas tem muitas vantagens para OEMs aeroespaciais, incluindo a redução drástica dos prazos de entrega e dos custos associados ao fornecimento tradicional de ferramentas.
Como Gregory Haye explica: “Os OEMs estão sob pressão cada vez maior para sempre reduzir o tempo de entrega e o custo. Felizmente, esses são benefícios comuns da implementação de processos LFAM em ferramentas e componentes.” No entanto, o processo de impressão 3D em si é apenas parte da equação. Indiscutivelmente mais fundamental para o papel proeminente da Airtech na indústria aeroespacial são suas resinas de ferramentas Dahltram reforçadas com fibras de vidro ou carbono.
Materiais prontos para a indústria aeroespacial
Dentro de sua gama de materiais, o Dahltram I-350CF surgiu como o mais popular na indústria aeroespacial. Este material, um plástico modificado à base de PEI com reforço de fibra de carbono, pode suportar temperaturas de até 212 °C e, portanto, é adequado para aplicações de alta temperatura, como ferramentas de conformação a quente, moldes de autoclave, moldes de forno e muito mais. Além do equipamento de impressão interno da Airtech da Thermwood e CEAD, o material também é compatível com várias outras plataformas AM de grande formato.
No ano passado, cobrimos um marco importante para a Airtech e seu material Dahltram I-350CF, pois ele passou com sucesso por mais de 500 ciclos de autoclave de 176 °C e 100 psi (7 bar) sem sinais de falha. Este teste, que foi realizado nas instalações da Airtech em Huntington Beach, Califórnia, foi um passo fundamental para mostrar a viabilidade do material não apenas para prototipagem ou produção em pequenos lotes, mas também para grandes séries de produção que exigem testes de autoclave.
“Nosso Dahltram I-350CF teve o uso mais amplo em programas aeroespaciais até o momento”, diz Haye. “A Airtech investiu cedo para poder abordar os pontos de risco associados à impressão LFAM ou FDM testando a produção de espécimes impressos e ferramentas totalmente acabadas e submetendo-as às condições de oficina e processamento consistentes com os padrões comerciais aeroespaciais OEM. Nosso relatório de ciclo de autoclave publicado recentemente percorre o ciclo de vida completo de 500 usos em uma ferramenta de cura de 180 °C/350 °F, provando que a ferramenta pode manter a precisão aeroespacial e a integridade do vácuo com nossos materiais. Esse nível de detalhes e dados apoiou nosso uso e venda bem-sucedidos deste material para clientes globalmente.”
Ele continua explicando como as soluções da Airtech atendem aos rigorosos requisitos da produção aeroespacial, ao mesmo tempo em que melhoram seus fluxos de trabalho de produção: “A longevidade do molde e a integridade do vácuo em ferramentas de cura estão sempre no topo da lista de preocupações ao revisar a tecnologia pela primeira vez. A Airtech fez questão de abordar as perguntas ou preocupações típicas levantadas por OEMs e seus fornecedores, produzindo moldes ou amostras de validação e testando-os em condições de produção, como fornos de alta temperatura e autoclaves.
“Também realizamos testes extensivos de materiais de contato com vários produtos químicos, selantes, limpadores e sistemas de resina composta termofixa. Ao ser capaz de abordar essas áreas técnicas principais utilizando nossas capacidades de impressão interna juntamente com nossos recursos técnicos globais nos últimos anos, a Airtech conseguiu reduzir ou eliminar as fases iniciais de validação para muitos clientes em potencial, resultando em um primeiro projeto físico mais rápido e uma qualificação eventual para uso comercial.”
Aplicações com maior circularidade
Há uma série de aplicações de ferramentas diferentes para as quais a linha de materiais Dahtram da Airtech é adequada em um contexto aeroespacial, incluindo ferramentas de autoclave, ferramentas de infusão, gabaritos e ferramentas de fixação, moldes de forno e ferramentas personalizadas. De acordo com Gregory Haye, todas elas têm sido de grande interesse para OEMs aeroespaciais, que estão se voltando para diferentes materiais no portfólio Dahtram dependendo da aplicação em questão (por exemplo, a resina Dahltram S-150CF da empresa é adequada para aplicações de baixa temperatura, como fixação de fixações e ferramentas de acabamento).
“Vimos uma adoção uniforme em todas as aplicações em ferramentas compostas nos últimos cinco anos”, ele diz. “Alguns clientes reconheceram o fruto fácil de colher em aplicações de temperatura ambiente, enquanto outros buscaram incansavelmente ferramentas de cura de alta temperatura devido ao possível grande retorno sobre o tempo de entrega e economia de custos demonstrados.”
Na última categoria, podemos recorrer à multinacional aeroespacial britânica BAE Systems, que usou a resina Dahltram I-350CF e LFAM da Airtech para desenvolver ferramentas de molde de alta temperatura para o ambiente Combat Air. Ao combinar o material de ferramentas da Airtech com o sistema MasterPrint LFAM da Ingersoll Machine Tools, a empresa conseguiu explorar os benefícios das ferramentas impressas em 3D, incluindo prazos de entrega reduzidos, um fluxo de trabalho mais simplificado e custos mais baixos.
Outro benefício significativo para o grupo aeroespacial foi o desperdício de material minimizado: não apenas o processo aditivo em si reduz o desperdício de material em comparação a um processo puramente subtrativo, como o Dahltram I-350CF e todas as resinas da Airtech são totalmente recicláveis. Em última análise, isso permite que os fabricantes aeroespaciais alcancem maior circularidade quando se trata de sua produção de moldes e ferramentas.
A empresa aeroespacial sueca SAAB também recorreu às resinas de ferramentas compostas e à impressão 3D de grande formato da Airtech para aumentar a sustentabilidade de sua produção. Neste caso, a empresa trabalhou em cooperação com a Airtech e a Ai Build para desenvolver um molde para a iniciativa Clean Sky 2, um programa de pesquisa europeu dedicado ao desenvolvimento de tecnologias que reduzem as emissões de CO2 associadas à aviação.
O projeto colaborativo, que foi concluído em 2022, foi focado em melhorar a sustentabilidade da produção de um molde de porta de carga. Isso foi alcançado usando o Dahltram I-350CF e a solução de impressão 3D industrial da Ai Build. O molde, que media mais de dois metros, foi capaz de suportar as temperaturas necessárias sem vazamentos e, graças ao processo AM em larga escala, pôde ser feito em uma única peça, minimizando as etapas de montagem. Além disso, o uso do plástico reforçado com fibra de carbono resultou em uma ferramenta muito mais barata e leve em comparação com a ferramenta de metal original.
O futuro da Airtech na indústria aeroespacial
Os materiais da Airtech e seus serviços Print-Tech estão hoje criando muitas oportunidades para empresas aeroespaciais acelerarem e melhorarem os processos de prototipagem e produção para peças de uso final. No futuro, essas oportunidades só crescerão, pois a Airtech e seus parceiros estão continuamente inovando e desenvolvendo novas soluções e áreas de aplicação.
Você não precisa ir além do projeto EmpowerAX para obter provas. O projeto, que ganhou o Prêmio de Inovação JEC 2024 para Processos Aeroespaciais, é um esforço colaborativo liderado pela DLR e 12 parceiros internacionais: Airtech, CEAD, 9T Labs, Ansys, Siemens, Ensinger, Fiberthree, Fill Gesellschaft, WEBER additive, PRIME aerostructures, Suprem e SWMS Systemtechnik Ingenieur. O projeto visa desenvolver um processo acessível para extrusão aditiva com reforço contínuo de fibras.
Os parceiros demonstraram recentemente uma cadeia de processo para impressão de reforço local em uma concha termofixa multicurvada existente. O projeto envolveu a extrusão robótica da resina Dahltram I-350CF em uma concha aeroespacial produzida convencionalmente para otimizar a rigidez da peça em áreas específicas sem adicionar peso significativamente.
“Enquanto a indústria e a Airtech têm se concentrado em ferramentas para a indústria aeroespacial, vemos uma clara tendência de interesse em produzir peças de tamanho LFAM ou componentes híbridos em várias aplicações na indústria aeroespacial”, elabora Haye. “O EmpowerAX foi um ótimo primeiro passo e ponto de prova que ajudará a facilitar aplicações maiores e mais complexas e permitirá que o ecossistema refine suas ofertas para serem implantáveis em aplicações comerciais.”
Em última análise, para a Airtech, o futuro da AM na indústria aeroespacial é inovar e tornar os processos mais eficientes e sustentáveis. Para saber mais sobre a companhia acesse o site.
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