آزمایشگاه اوک ریج و بوئینگ با روش WAAM قالب کامپوزیتی هواپیما با وزن ۲ تن ساختند

چاپ سه‌بعدی WAAM به‌عنوان یکی از روش‌های جایگزین برای تولید ابزارهای فلزی بزرگ، در صنعت هوافضا آزمایش می‌شود. آزمایشگاه ملی اوک ریج وابسته به وزارت انرژی ایالات متحده و بوئینگ، قالبی از نوع قالب شکل‌دهی مهره‌ای با وزن حدود ۲ تن را با روش ساخت افزایشی قوس الکتریکی و سیم تولید کردند تا به برنامه های‌کم ناسا کمک کند. این نمونه نشان می‌دهد که چاپ سه‌بعدی نه‌تنها برای نمونه‌های اولیه کوچک، بلکه برای ابزارهای بزرگ تولیدی نیز قابل بررسی است.

قالبی برای تولید درِ هواپیما

قالب تولیدشده در همکاری مشترک آزمایشگاه ملی اوک ریج و بوئینگ، حدود ۶ × ۴ فوت ابعاد دارد و از فولاد ساخته شده است. بوئینگ قصد دارد از این ابزار برای تولید درهای ترموپلاستیکی هواپیما استفاده کند. این قطعات با شکل‌دهی پلاستیک گرم‌شده بین دو قالب تولید می‌شوند. برنامه های‌کم ناسا نیز شامل پژوهش‌هایی با هدف افزایش سرعت تولید قطعات کامپوزیتی هواپیماست.

این نوع ابزارها را معمولاً می‌توان با روش‌هایی مانند ماشین‌کاری، ریخته‌گری، آهنگری و سوراخ‌کاری آماده کرد. پرسشی که پژوهشگران در اینجا بررسی می‌کنند این است که آیا چاپ سه‌بعدی می‌تواند قالبی با کانال‌های حرارتی کنترل‌شده را سریع‌تر، با هزینه کمتر یا آسان‌تر تولید کند. این خبر نتیجه‌ای از تولید انبوه نیست که ثابت کند این روش قطعاً به این اهداف می‌رسد؛ بلکه نمونه‌ای از همکاری مشترک برای بررسی روش جایگزین تولید ابزار است.

چرا روش WAAM انتخاب شد؟

سامانه مورد استفاده آزمایشگاه ملی اوک ریج بر روش ساخت افزایشی قوس الکتریکی و سیم (WAAM) متکی است؛ در این روش، سیم با قوس الکتریکی ذوب می‌شود و ماده لایه‌به‌لایه روی هم قرار می‌گیرد. این فرایند که از بازوی رباتیک و مشعل جوشکاری استفاده می‌کند، رویکردی مناسب برای تولید هندسه‌های فلزی بزرگ به شمار می‌رود. آزمایشگاه ملی اوک ریج همچنین اعلام کرده است که این سامانه می‌تواند چند سیم فلزی را هم‌زمان تغذیه کند و به این ترتیب، استفاده از مواد گوناگون در یک طرح را امکان‌پذیر سازد.

در قالب ساخته‌شده برای بوئینگ، در بخش‌های سازه‌ای از فولاد کم‌کربن برای دستیابی به استحکام و سختی استفاده شد؛ سطح قالب نیز برای مقاومت در برابر خوردگی و داشتن ویژگی‌های مناسب سطح کار، از فولاد زنگ‌نزن ساخته شد. طراحی چندماده‌ای این ایده را مطرح می‌کند که لازم نیست در همه بخش‌های قطعه از یک فلز یکسان استفاده شود. بااین‌حال، برای ارزیابی مزیت واقعی باید زمان تولید، نیاز به پرداخت نهایی، عمر قالب و عملکرد آن در شرایط کاری با ابزارهای سنتی مقایسه شود. تولید لایه‌ای یک قطعه بزرگ، نیاز به ماشین‌کاری و کنترل ابعادی پس از تولید را از بین نمی‌برد. به‌ویژه شکل سطح قالب، کیفیت نواحی در تماس با قطعه و نحوه مدیریت گرما در طول فرایند برای کاربرد نهایی اهمیت دارند. بنابراین هنگام انتخاب روش تولید، باید به کل چرخه عمر قطعه توجه کرد، نه فقط مرحله چاپ.

نکته‌ای برای کارگاه‌های FDM

WAAM فرایندی صنعتی است که با سیم فلزی و قوس الکتریکی کار می‌کند و با چاپ FDM رومیزی یکسان نیست. بااین‌حال، این نمونه برای گروه‌های تولیدی پیام مشترکی دارد: اندازه، کارکرد و شرایط بارگذاری ابزار باید تعیین‌کننده روش تولید باشند. درحالی‌که رسوب‌دهی فلز برای قالبی بزرگ و سنگین بررسی می‌شود، برای جیگ مونتاژ، محفظه، نمونه اولیه ارگونومیک یا فیکسچر کم‌بار، FDM می‌تواند گزینه‌ای در دسترس‌تر باشد. در هر دو حالت، طراحی قطعه بر اساس سناریوی استفاده و اعتبارسنجی آن پیش از تولید اهمیت دارد.

• ابتدا کارکرد را مشخص کنید: قرار است قالب، ابزار بازرسی یا نمونه اولیه تولید شود؟
• ابعاد و بار را هم‌زمان ارزیابی کنید: بزرگ‌بودن به‌تنهایی ساخت افزایشی را به گزینه مناسب تبدیل نمی‌کند.
• پرداخت نهایی و عمر کاری را در نظر بگیرید: ماشین‌کاری و نگهداری پس از چاپ بر تصمیم کلی تولید اثر می‌گذارند.

می‌توانید نیازهای خود برای قطعات و نمونه‌های اولیه قابل تولید با FDM را در چارچوب خدمات چاپ سه‌بعدی بررسی کنید و با فایل طراحی‌تان درباره قیمت‌های چاپ سه‌بعدی ارزان اطلاعات بگیرید. همچنین می‌توانید با بارگذاری فایل، قیمت چاپ سه‌بعدی را فوراً محاسبه کنید. برای مقایسه مواد و شرایط استفاده در قطعات مهندسی، گزینه‌های چاپ با مواد مهندسی و راهنمای توضیح‌دهنده تأثیر جهت چاپ بر استحکام قطعه در مرحله طراحی را ببینید.