Когда мы говорим о летательных аппаратах первое, о чем мы думаем это вес. Ведь вес это это первый ограничивающий фактор.
3D-печать и топологическая оптимизация это две новые технологии, которые появились вместе потому, что органически дополняют друг друга.
Рама квадрокоптера из нержавеющей стали. Возможно?
Возможно! Даже имея больший размер, чем оригинальный квадрокоптер произведенный из листового углепластика. 3D-печать металлом позволяет получать сложные пространственные детали из различных сплавов, в том числе титан, алюминий и нержавеющая сталь.
Оптимизация веса
Зачастую, оптимизацию можно выполнить простым моделированием, сократив количество используемых деталей и крепежа. Можно снизить вес за счет оптимизации геометрии деталей, которую сложно выполнить традиционной механообработкой.
В чем суть оптимизации? И откуда появился бионический дизайн?
Основную прочность конструкции несет на себе оболочка, внутренняя часть практически не работает. Как сократить вес сохранив прочность? Самое простое решение сделать детали пустотелыми. Мы можем это увидеть в башенных кранах, фермная конструкция из пустотелых элементов отлично справляется. С кранами проще, но когда речь идет он более маленьких деталях сделать тоже самое становится сложнее.
Эволюция миллионы лет оптимизирует живые организмы для достижения эффективности. Сейчас нам доступны вычислительные мощности и современные CAD пакеты которые могут сделать это за час. Так почему же мы не используем оптимизацию повсеместно? Природные формы имеют сложную топологию и их практически невозможно изготовить классическими методами.
Сложные формы - это то, для чего придумали аддитивные технологии. 3D-печать металлом с легкостью получает сложные изделия.
Хочется большего?
3D-печать металлом позволяет использовать более прочные материалы. Металлоемкость изделий произведенных аддитивными технологиями гораздо выше, чем у изделий производимых классическими технологиями. КИМ (коэффициент использования материала) достигает 95%. Это позволяет применять более дорогие более прочные и легкие материалы, ведь в конечном итоге стоимость материала сокращается.
Титан - один из таких примеров, он прочнее и легче стали, кроме того он обладает большей коррозионной стойкостью. Обычно когда мы сравниваем стальное и титановое изделие, второе в разы дороже, т.к. титан гораздо хуже поддается механической обработке и очень сложно льется. В случае с аддитивными технологиями стоимость титанового изделия всего на 50% дороже.
Что мы имеем в итоге?
Все преимущества бионического дизайна в купе с простотой производства и более качественными материалами. Все это делает 3D-печать металлом незаменимой для производства высокотехнологичных изделий.