Créditos: 3dprintingindustry.com

Quando se trata de impressão 3D no setor aeroespacial, os metais costumam ser o material mais comum nas pesquisas. No entanto, as cerâmicas impressas em 3D de alto desempenho possuem propriedades excelentes que as tornam altamente eficientes e especialmente adequadas para uso em ambientes extremos. Isso torna a cerâmica ideal para peças de impressão 3D para aplicações aeroespaciais.  

Neste artigo, exploramos o potencial significativo oferecido pela cerâmica e como a tecnologia LCM da Lithoz está mudando o jogo para impressão 3D e aeroespacial. 

As impressionantes propriedades da cerâmica  

Atualmente, o uso generalizado de metais faz com que a cerâmica raramente esteja no topo da lista de pesquisas d a equipe de engenharia. No entanto, o fato de os metais atingirem rapidamente seus limites naturais em condições adversas faz com que a cerâmica ganhe cada vez mais destaque. 

Mas o que torna a cerâmica tão adequada para ambientes hostis e extremamente exigentes?

As cerâmicas de alto desempenho possuem dureza, abrasão e resistência ao calor incrivelmente altas, e são resistentes à corrosão e oxidação a quente. Além disso, as peças impressas em 3D com cerâmica oferecem estabilidade mecânica e dimensional, mantendo a resistência mecânica em temperaturas incrivelmente altas. A cerâmica também tem um efeito de isolamento elétrico e térmico, aumentando sua utilidade para componentes mecânicos internos.       

Combine essas excelentes propriedades com a flexibilidade de design da impressão 3D e você explorará uma dimensão completamente nova das aplicações aeroespaciais.

Cerâmica de impressão 3D para aplicações aeroespaciais

É amplamente conhecido que a manufatura aditiva pode produzir peças que são mais duráveis ​​e complexas do que qualquer coisa atualmente possível por meio de métodos convencionais de fabricação. Além disso, ao fabricar componentes para aplicações espaciais e de aviação, é vital que o material escolhido resista até mesmo às condições térmicas mais extremas. Portanto, a impressão 3D com cerâmica oferece a combinação perfeita para produzir peças altamente complexas e, portanto, mais eficientes, capazes de funcionar em ambientes hostis e exigentes. 

Na verdade, os engenheiros estão sempre procurando maneiras de aumentar a eficiência, reduzir o consumo, limitar o desperdício, melhorar o resfriamento e obter maior tempo de atividade. Combinar a liberdade de design da impressão 3D com a durabilidade da cerâmica oferece a solução ideal para isso.    

Um dos principais benefícios oferecidos por essa combinação é a redução de detritos espaciais . Graças à sua durabilidade, as peças de cerâmica podem ser usadas onde até os metais mais resistentes falham. Dentro de um contexto aeroespacial, os metais possuem uma vida útil mais curta do que a cerâmica e falharão mais rapidamente quando expostos a condições térmicas extremas. Essas peças com falha se tornam detritos espaciais. O uso de cerâmica reduz os detritos espaciais, pois as peças estressadas apresentam menos desgaste nessas condições extremas.

Além disso, a impressão 3D com cerâmica permite a produção de peças altamente precisas e complexas. Dentro da espaçonave, peças que vão desde propulsores e sensores até complexos núcleos de fundição de aviação com canais intrincados exigem um alto nível incrível de precisão e exatidão. 

Na aviação, regulamentos de emissão mais rigorosos exigem canais de resfriamento cada vez mais complexos nas pás das turbinas para obter melhor eficiência por meio de um resfriamento mais refinado. O método tradicional de fundição de investimento não é capaz de produzir tais estruturas finas. Os núcleos de fundição de cerâmica impressos em 3D permitem uma liberdade de design muito melhor, maior complexidade da peça e, finalmente, o efeito de resfriamento aprimorado desejado. 

Lithoz e impressão 3D em cerâmica 

A Lithoz, fabricante líder de impressoras 3D industriais em cerâmica, já acessou com sucesso o potencial oferecido pela impressão 3D em cerâmica para aplicações aeroespaciais. A impressora industrial  CeraFab S65 da Lithoz com tecnologia de fabricação de cerâmica (LCM) baseada em litografia oferece impressão 3D ultra precisa com repetibilidade exata na produção em série.

Uma qualidade altamente procurada da tecnologia LCM da Lithoz é a capacidade de imprimir núcleos de fundição de cerâmica em 3D para pás de turbinas de aeronaves. Como já mencionado, os núcleos de fundição de cerâmica impressos em 3D são cruciais para a produção de complexos canais de resfriamento de pás de turbinas. A velocidade e o volume com que as impressoras 3D da Lithoz podem produzir essas peças reduz drasticamente o tempo de desenvolvimento, acelerando o tempo de lançamento no mercado. 

Ideal para fabricar peças cerâmicas complexas e precisas, a impressora 3D CeraFab Multi 2M30 LCM também oferece recursos de trabalho com multimateriais. Esta impressora 3D pode combinar diferentes cerâmicas com metais ou polímeros, permitindo peças multifuncionais inovadoras com uma combinação de muitas propriedades desejáveis ​​de material em uma única peça. O novo sistema de duas cubas da Lithoz permite que esses diferentes materiais sejam misturados camada por camada ou mesmo graduados de forma flexível na mesma camada durante o mesmo trabalho de impressão.   

Por exemplo, este sistema de dois tanques permite que a porosidade personalizada seja alcançada. As impressoras 3D LCM multimateriais da Lithoz podem superar os principais problemas das técnicas de fabricação convencionais para fabricação de alumina graduada por porosidade, com microestrutura e arquitetura de gradiente desejadas. Isso é ideal para aplicações de P&D para propulsores de íons.   

O processo LCM da Lithoz combina as propriedades aeroespaciais desejadas com a flexibilidade inatingível dos designs impressos em 3D. Isso resulta na produção de peças totalmente densas com detalhes e precisão inigualáveis. 

Como resultado, as peças impressas em 3D podem ser mais fortes e podem atingir uma vida útil mais longa do que o metal, resultando em menos detritos espaciais e menos tempo de inatividade. Além do mais, esses componentes cerâmicos também podem incorporar designs complexos anteriormente impensáveis ​​ao usar métodos de produção convencionais. 

A Lithoz também ampliou sua tecnologia para o nível de produção industrial em série. Portanto, além das vantagens técnicas e materiais oferecidas pelo LCM, a produção pode ser aumentada para o nível serial para impressão 3D de peças de alta qualidade em volume.  

Um exemplo perfeito de como a impressão 3D de cerâmica LCM mudará o nível de eficiência em aplicações aeroespaciais são os filtros de RF de cerâmica. Esses filtros são circuitos eletrônicos que desempenham um papel crucial no aprimoramento da qualidade do sinal e na minimização de interferências nos sistemas de comunicação. A impressão 3D em cerâmica com tecnologia LCM permite que as formas complexas e precisas necessárias desses filtros sejam produzidas sistematicamente em um formato miniaturizado. Esse encolhimento de toda a aplicação permite uma redução significativa de peso, o objetivo número um dos engenheiros aeroespaciais.

Um dos principais benefícios do uso de cerâmica com alta constante dielétrica e baixo fator de perda é o fato de que quanto maior a constante dielétrica (com um fator de perda estável), menor o filtro pode ser projetado. Portanto, essas cerâmicas são ideais para a tecnologia LCM que oferece precisão incomparável e otimizada para impressão 3D de peças miniaturizadas.

Os bicos aerospike de nitreto de silício também podem ser impressos em 3D com a tecnologia Lithoz LCM, com o material LithaNit da Lithoz ideal para tais aplicações. Devido à sua alta resistência, resistência a álcalis e ácidos e, especialmente, sua superior resistência ao choque térmico, essas cerâmicas escuras são perfeitas para componentes aeroespaciais. O nitreto de silício é ideal para a impressão 3D de isoladores, molas e rodas de turbinas.

Quer saber como a manufatura aditiva industrial pode beneficiar seu negócio? Agende uma reunião com um especialista e receba uma análise detalhada do potencial destas tecnologias em sua empresa.