Někdy je těžké uvěřit, že od prvního letu letadla uplynulo teprve přibližně 120 let. Bratři Wrightové vytvořili první pilotované letadlo, které úspěšně vzlétlo a bezpečně znovu přistálo.
Od té doby technologie výrazně pokročily až do bodu, kdy jsme dnes schopni pomocí 3D tisku vyrábět díly, které lze použít v leteckých a kosmických technologiích. Je dokonce možné vytvářet 3D tištěné návrhy dronů, které skutečně fungují, takže se na tento úžasný pokrok podívejme podrobněji.
Tradiční výroba vs. aditivní výroba
Po dlouhou dobu byli lidé omezeni na používání takzvaných subtraktivních a tvářecích metod výroby dílů, ale 3D tisk a další moderní technologie zcela změnily celkové možnosti výroby. Podívejme se na to podrobněji níže.
Procesy
Tradičně se pro výrobu náhradních dílů pro letecký a kosmický průmysl používaly subtraktivní a tvářecí procesy, například frézování nebo vrtání, stejně jako odlévání a kování. Jde o spolehlivý a přesný způsob výroby dílů, ale zároveň může způsobovat vysoké množství materiálového odpadu a má výrazná omezení v tom, co lze skutečně vyrobit.
- Tradiční procesy:
Návrh → Výroba formy / programování → Řezání materiálu → Odlévání / kování → Obrábění → Svařování → Montáž → Kontrola → Hotový výrobek
Ve srovnání s moderními metodami aditivní výroby, jako je 3D tisk, je nyní možné vytvářet díly vrstvu po vrstvě, často pomocí kovových prášků nebo pevných polymerů, a dosáhnout stejně kvalitních a spolehlivých dílů. Tato metoda nabízí větší svobodu při návrhu a menší množství odpadu z materiálů, což také umožňuje vyrábět relativně lehčí díly.
- Aditivní procesy:
Digitální návrh → Slicing a rozdělení na vrstvy → Příprava prášku / materiálu → Tisk vrstvu po vrstvě → Následné zpracování → Kontrola → Hotový výrobek
| Oblast | Výhody tradiční výroby | Výhody aditivní výroby (3D tisku) | Nevýhody tradiční výroby | Nevýhody aditivní výroby (3D tisku) |
| Náklady | Nižší náklady při sériové výrobě | Nižší náklady pro malé série / složité díly | Vysoké počáteční investice do forem / nástrojů | Vysoké jednotkové náklady na zařízení / materiál |
| Rychlost | Vyspělé procesy se stabilní efektivitou (např. lisování) | Rychlé prototypování, nejsou potřeba formy | Časově náročný vývoj forem (měsíce) | Pomalá rychlost tisku jednotlivých kusů |
| Flexibilita | Vysoká stabilita standardizované výroby | Flexibilní změny návrhu, podpora individualizace | Obtížná výroba složitých struktur | Velikost velkých dílů je omezena zařízením |
| Udržitelnost | Zavedené systémy recyklace materiálů | Menší množství materiálového odpadu, podpora lokální výroby | Vysoká spotřeba energie a vysoký podíl odpadu | Složité procesy recyklace prášku |
Jak můžete vidět z výše uvedených popisů a tabulky, obě metody mají své výhody i nevýhody, a proto nelze říci, že by jedna technologie byla jednoznačně lepší než ostatní. Moderní výrobci mají naopak více možností a každý díl lze vyrábět pomocí optimální technologie, což může vést ke snížení nákladů a spotřeby energie a zároveň ke zlepšení kvality a životnosti.
Náklady
Když už mluvíme o nákladech, jde o důležitý faktor jak pro výrobní společnosti, tak pro hobby uživatele, kteří se zajímají o oblast 3D tisku v letectví a kosmonautice. Čím levnější je něco vyrobit, tím více kusů můžeme vytvořit a tím více můžeme experimentovat s novými a zajímavými nápady.
Pokud jde o aditivní výrobu v leteckém a kosmickém průmyslu, mnoho důležitých dílů lze vyrábět s velmi malými ztrátami materiálu, zejména ve srovnání s tradičními metodami, které obvykle spotřebují více než 50 % surového materiálu používaného pro letecké díly jako odpad. U 3D tisku lze naopak tuto hodnotu téměř vždy udržet výrazně pod 10 % a v mnoha případech ještě mnohem níže.
To nejen pomáhá šetřit používaný materiál, ale také přináší další výhodu v podobě snížení celkové hmotnosti používaných objektů. To je v letecké a kosmické výrobě zásadní, protože nižší hmotnost znamená nižší spotřebu paliva, což následně snižuje emise CO2 a umožňuje přepravit ve stejném letadle více cestujících, čímž se zvyšuje efektivita v mnoha oblastech.
Aditivní výroba umožňuje osobní létání a nové technologie
Některé z nejnovějších nápadů v oblasti 3D tisku a osobního létání se soustředí na aditivní výrobu, protože má mnoho výhod, o kterých jsme již hovořili. Hobby piloti a uživatelé 3D tiskáren se zajímají zejména o oblasti, jako jsou eVTOL (Electric Vertical Take-Off and Landing) a UAM (Urban Air Mobility), stejně jako o koncepty RC letadel a dronů.
Je to proto, že je dnes možné prototypovat a vyrábět lehké komponenty v pohodlí domova nebo malé dílny a tyto komponenty lze přímo využít v těchto specifických oblastech. Podívejme se tedy podrobněji na následující dvě kategorie.
eVTOL a UAM
eVTOL a UAM jsou dvě strany téže mince, protože oba koncepty spoléhají na lehké komponenty s odolnými strukturami, které jsou obvykle vyráběny s velkým důrazem na optimalizaci topologie za účelem zvýšení pevnosti. A protože každý gram hmotnosti hraje důležitou roli, jsou tyto lehké díly mimořádně důležité.
Aditivní výroba také umožňuje kombinovat výše uvedené možnosti s pokročilejšími koncepty, například přímo integrovat držáky, rozvody nebo kanály do samotných dílů, což umožňuje velmi kompaktně umístit motory, kabely a další elektronické komponenty přímo na dané díly.
V kombinaci s globální komunitou kreativních lidí, kteří neustále navrhují a prototypují nové nápady, tato oblast v současnosti zažívá velký rozvoj inovací a pokroku, což z ní činí mimořádně zajímavou oblast pro každého, kdo se jí věnuje.
Drony a RC letadla
Totéž platí pro hobby uživatele, kteří se zajímají o dálkově ovládané drony a letadla a hledají různé nápady pro 3D tisk. Dnes je možné vytvářet vlastní návrhy, které jsou schopné létat po delší dobu a jejichž výroba stojí relativně málo.
3D tisk umožňuje tvůrcům snadno převádět nápady do reality a není nutné procházet složitými tradičními výrobními procesy.
Jeden tvůrce například vytiskl rám dronu pomocí 3D tiskárny. Když se vámi navržený dron skutečně vznese do vzduchu, nápad už není pouze nápadem, ale stává se skutečným úspěchem.
Podívejte se na obrázek níže. Toto 3D tištěné RC letadlo vytvořil uživatel Redditu, který získal plány od komunity zaměřené na tvorbu 3D tištěných letadel podle skutečných modelů. Uživatel následně jednotlivé díly vytiskl, sestavil je dohromady a přidal elektronické komponenty, aby bylo možné dosáhnout skutečného letu, a to vše z pohodlí vlastního domova.
Závěr
Pomocí 3D tisku je možné nejen vyrábět konkrétní části letadel, ale mnoho uživatelů také úspěšně vytvořilo vlastní 3D tištěné drony a RC letadla. Kombinace aditivní výroby a letecké výroby představuje zajímavý a přínosný projekt, který může oslovit každého zájemce o 3D tisk. A protože jej lze realizovat s relativně nízkými náklady a v pohodlí vlastního domova, doporučujeme čtenářům sdílet své návrhy a výsledky. Děkujeme za přečtení!