211service.com
GE och EADS skriver ut delar för flygplan
GE startar ett nytt labb vid sitt globala forskningshögkvarter i Niskayuna, New York, som ägnas åt att förvandla tredimensionell utskriftsteknologi till ett hållbart sätt att tillverka funktionella delar för en rad av dess verksamheter, inklusive de som involverar hälsovård och flyg. Företaget strävar efter att dra nytta av teknikens potential för att göra delar som är lättare, presterar bättre och kostar mindre än delar tillverkade med konventionella tillverkningstekniker.
Lättare belastning: Ett konventionellt gångjärn för kåpan på en jetmotor (överst) skulle kunna ersättas av det mer intrikata nedtill, som är lika starkt men väger hälften så mycket. Den nya designen, skapad av EADS, är praktisk genom tredimensionell tryckteknik.
Teknik för att skriva ut tredimensionella föremål har funnits i årtionden, men dess tillämpningar har till stor del varit begränsade till nya föremål och specialiserad specialtillverkning, såsom tillverkning av personliga proteser. Men tekniken har nu förbättrats till den grad att dessa skrivare kan göra intrikata föremål av hållbara material, inklusive keramik och metaller som titan och aluminium, med upplösning på en skala av tiotals mikrometer.
Som ett resultat, företag som GE och den europeiska försvars- och flygjätten EADS arbetar med att tillämpa den i situationer som är mer lik konventionell tillverkning, där det behövs ett stort antal av samma del.
GE:s första tillämpning av tekniken kan vara ultraljudsmaskiner som är billigare och presterar bättre än nuvarande versioner. En av de dyraste delarna av en ultraljudsmaskin är enheten som omvandlar elektroniska signaler till ljud och tillbaka igen - den del som trycks mot en persons hud under ett ultraljud. Dessa omvandlare består av tusentals små kolumner placerade bara 30 till 40 mikrometer från varandra, där varje kolumn är extremt tunn, cirka åtta till 10 gånger högre än de är breda. Det är extremt svårt att tillverka sådana delar med gjutning, eftersom det är svårt att frigöra delen från formen. Så GE tillverkar dem med ett exakt skärverktyg som mycket långsamt skär bort en bit keramik. Processen är långsam och dyr och kan endast användas för att göra ett begränsat antal former.
Multimedia
GE och EADS laserutskriftsprocess
Nu har GE utvecklat en ny tryckteknik som sprider ut ett tunt lager av en slurry som består av keramik inbäddad i en polymerprekursor. När ett mönster av ultraviolett ljus projiceras på detta lager, stelnar materialet endast där det har exponerats för ljuset. Ovanpå detta sprids ytterligare ett lager flytgödsel och ljusblandas och strukturen byggs upp på så sätt lager för lager.
Processen är fortfarande inte redo för massproduktion, säger Prabhjot Singh, maskiningenjör och projektledare på GE Research. Men eftersom processen är snabbare och sparar material kan den uppnå en kostnadsminskning i storleksordningar, säger han. GE-designers som använder den nya processen kan förbättra givarens prestanda eftersom de inte kommer att vara lika begränsade i vilka typer av former de kan göra. Detta kan leda till ultraljud med högre upplösning.
GE undersöker också möjligheten att skriva ut några flygplansdelar, en strategi som EADS också nyligen har följt. Vid EADS-labbet i Filton, Storbritannien, visade forskare att de kan skriva ut flera olika metalldelar för flygplan med en teknik som använder en laser för att värma metallpulver tills de bildar solida metallformer. Med denna teknik har EADS tryckt metallgångjärn för motorkåpor: gångjärnen gör att kåporna kan svängas upp för motorunderhåll. Delarna har intrikata former som bibehåller styrkan samtidigt som de halverar vikten på delen. Det nya gångjärnet har genomgått de tester som används för konventionella delar och har visat sig uppfylla prestandakraven. Viktbesparingar är avgörande inom flygindustrin. Enligt EADS kan en minskning av ett flygplans vikt med bara ett kilo resultera i bränslebesparingar på 3 000 USD per år, eller 100 000 USD under 30 år - den typiska livslängden för ett flygplan.
För att vara säker är tekniken fortfarande begränsad. Även om många funktionella metallegeringar kan tryckas, kan de högpresterande som används inuti en motor ännu inte produceras på detta sätt (sådana delar kräver en nivå av exakt kontroll över materialens temperaturer under bearbetning som inte kan uppnås ännu i tryck). GE kommer att använda den nya tekniken för att skriva ut motordelar – som turbinblad – men bara för att testa vissa egenskaper hos en design, som dess aerodynamik, och inte dess förmåga att överleva höga temperaturer och tryck. Singh säger att detta kan hjälpa till att påskynda designprocessen genom att göra det möjligt att få en högprecisionsdel byggd på veckor snarare än månader.
Den andra huvudsakliga begränsningen för tekniken är storleken på de objekt som den kan skriva ut. Beroende på material och skrivare är det möjligt att skriva ut saker som är några centimeter breda till högst något nära en meter. Det är fortfarande inte möjligt att skriva ut vingar eller delar till några av GE:s stora kraftverksturbiner. Och det finns vissa saker som sannolikt aldrig kommer att göras med tredimensionell utskrift. Det kommer aldrig att användas för att göra något som naglar. Men så småningom skulle det kunna användas för att göra verktygen som gör naglar, säger Jonathan Meyer, en forskargruppsledare på EADS Innovation Works.