Авиация и космонавтика — отрасли, где каждый лишний грамм стоит денег, а детали выпускают небольшими сериями. Идеальные условия для 3D-печати. Именно здесь напечатанные металлические детали впервые прошли сертификацию для серийной техники, а в космосе печать стала способом не ждать грузовой корабль ради одного гаечного ключа.
Форсунка, которая изменила отрасль
Самая известная напечатанная деталь в авиации — топливная форсунка двигателя LEAP, который выпускает CFM International, совместное предприятие GE и Safran. Раньше форсунку собирали больше чем из 20 деталей, которые сваривали и паяли между собой. Напечатанная лазерным сплавлением порошка, она стала цельной, на 25% легче и более чем в пять раз долговечнее. В каждом двигателе — 19 таких форсунок, а двигатели LEAP стоят на самолётах Airbus A320neo и Boeing 737 MAX.
Этот проект стал поворотным: он показал, что металлическая печать — не только прототипы, но и серийное производство деталей, от которых зависит безопасность полёта.
Ракетные двигатели
В ракетостроении печать особенно выгодна: камеры сгорания и форсунки двигателей содержат сложные каналы охлаждения, которые раньше делали из десятков деталей. NASA много лет испытывает напечатанные компоненты — от инжекторов до камер сгорания из медных сплавов.
Частные компании пошли ещё дальше. SpaceX печатает камеры сгорания двигателей SuperDraco, Rocket Lab — двигатели Rutherford почти целиком. Американская Relativity Space построила ракету Terran 1, которая на 85% по массе состояла из напечатанных деталей. В марте 2023 года ракета стартовала с мыса Канаверал. Первая ступень отработала штатно, но вторая не вышла на орбиту. Тем не менее полёт доказал, что напечатанная конструкция выдерживает нагрузки старта.
Гаечный ключ по электронной почте
В ноябре 2014 года на Международной космической станции заработал первый 3D-принтер, созданный компанией Made In Space совместно с NASA. Вскоре командир экипажа Барри Уилмор упомянул, что ему пригодился бы торцевой ключ. Инженеры на Земле нарисовали ключ, проверили модель и отправили файл на станцию. Принтер напечатал его из 104 слоёв примерно за четыре часа. Это была первая деталь, которую не везли в космос, а «переслали».
Для дальних миссий это принципиально: на пути к Луне или Марсу не будет грузовиков с запчастями. Печать позволяет брать с собой сырьё, а не тысячи деталей «на всякий случай». В исследованиях пробуют и печать из лунного грунта — реголита — для строительства баз прямо на месте.
Биопринтер на орбите
На МКС испытывают и биопринтеры. В невесомости мягкие ткани не оседают под собственным весом, поэтому печатать их можно без жёстких каркасов. Эксперименты с печатью фрагментов тканей и сердечной мышцы помогают исследователям медицины на Земле.
Почему печать так подходит авиации
- Облегчение. Топологическая оптимизация убирает металл там, где он не нужен. Кронштейн становится похожим на кость — и вдвое легче.
- Объединение деталей. Меньше деталей — меньше сварных швов, точек отказа и документации.
- Малые серии и запчасти. Для старых самолётов проще напечатать редкую деталь, чем восстанавливать оснастку.
- Скорость разработки. Новый вариант детали можно испытать через неделю, а не через полгода.
Не только металл: в салонах самолётов давно летают напечатанные пластиковые детали из огнестойких материалов вроде PEI — воздуховоды, кронштейны, панели. А авиамоделисты и инженеры дронов печатают корпуса и рамы из композитов с углеволокном.
Печатаете для дронов или моделей?Загрузите файл — подберём лёгкий и жёсткий материал.
Рассчитать печатьИсточники
- GE Reports: история напечатанной форсунки LEAP
- 3D printer on space station makes ratchet wrench — collectSPACE
- 3D-printed rocket launched successfully but failed to reach orbit — GPB / NPR
- 3D printing in space — Wikipedia
Иллюстрации
- Обложка — NASA/MSFC/David Olive, Общественное достояние
- Испытание напечатанного инжектора в модели двигателя RS-25, NASA — NASA/MSFC, Общественное достояние
- Барри Уилмор с ключом, напечатанным на МКС — NASA, Общественное достояние
- Астронавт Фрэнк Рубио работает с биопринтером на МКС — NASA Johnson Space Center, Общественное достояние
.jpg){kind=link}