Reemplazo rápido de piezas, ¿listo para despegar?

Como líder reconocido a nivel mundial en investigación, desarrollo y transición de tecnologías, el Instituto de Investigación de la Universidad de Dayton (UDRI) está llevando a cabo uno de los tres proyectos galardonados de America Makes MAMLS bajo la temática: Tecnología de procesos emergentes para familias de piezas de baja criticidad. Específicamente, UDRI está explorando el “Reemplazo rápido de piezas a través del procesamiento de luz digital”, un proceso de fabricación aditiva facilitado por la tecnología Figure de 3D Systems. A los efectos de este estudio, las piezas de baja criticidad incluyen conectores eléctricos, perillas, ojales elastoméricos y espaciadores, cada una de las cuales cumple un propósito funcional a bordo de los aviones.

Tanto UDRI como 3D Systems también participaron en las fases 1 y 2 del programa MAMLS, que se centraron de manera similar en el sostenimiento, pero con diferentes temáticas centrales. Aunque cada proyecto es independiente de los demás, las fases anteriores sentaron las bases para que la tercera fase se lanzara sin demora y le dieron a UDRI y 3D Systems una comprensión práctica de cómo funcionan los ALC y cuáles son sus necesidades. Las fases 1 y 2 también ayudaron a identificar argumentos comerciales para la fabricación aditiva de diferentes piezas, lo que permitió esclarecer qué puede y qué no puede obtenerse fácilmente, y dónde tiene sentido utilizar la fabricación aditiva.

Para los aviones antiguos, el argumento comercial para la fabricación aditiva entra en juego para las piezas que están fuera de producción debido a la obsolescencia de la fabricación, los altos costos de creación, los requisitos de baja cantidad, la falta de disponibilidad de las herramientas originales, la falta de documentación u otros desafíos relacionados con la disponibilidad. La velocidad de reemplazo de piezas que ofrecen las tecnologías emergentes como Figure 4 permite a agencias como la Fuerza Aérea de EE. UU. promover iniciativas de sostenimiento estratégico. Durante los próximos dos años de este proyecto de investigación, UDRI y sus colaboradores trabajarán para descubrir dónde encaja Figure 4 en el panorama general del sostenimiento de los aviones.

La tecnología Figure 4 de 3D Systems es un proceso de fabricación modular que utiliza una membrana sin contacto junto con un sistema de imágenes generadas mediante un proyector. A diferencia de las tecnologías de fabricación aditiva basadas en la trayectoria de la herramienta, Figure 4 fabrica una sección transversal de la pieza completa con una sola proyección, conservando una excelente resolución, superficies lisas, composiciones químicas reactivas de material de producción y velocidades de impresión rápidas. La tecnología Figure 4 también ofrece una capacidad de repetición de Seis Sigma (C_pk > 2) en todos los materiales de Figure 4, lo que la convierte en la tecnología de impresión 3D más adecuada para la fabricación.

Junto con la precisión geométrica, la velocidad de impresión y la idoneidad del material son claves. La perspectiva de realizar un trabajo de reparación personalizado, duradero y en un solo día es muy atractiva para aumentar la preparación y disponibilidad de las aeronaves para su uso en misiones en el mismo día. Sin embargo, antes de que se pueda celebrar esa funcionalidad, UDRI se está poniendo en marcha para identificar y resolver metódicamente posibles problemas con el fin de preparar el camino para la incorporación de la tecnología Figure 4 por parte de la USAF y otras agencias del Departamento de Defensa (DoD), entre otras.

UDRI se destaca en las áreas de materiales avanzados, ingeniería, tecnologías aeroespaciales y física estructural, entre otras, y colabora con expertos externos para hacer que este proyecto sea lo más completo y efectivo posible. Junto con 3D Systems, UDRI está trabajando en protocolos de desarrollo, caracterización y postprocesamiento de materiales para alinear y registrar el rendimiento de los materiales con los requisitos de los materiales calificados para la aviación. Estas especificaciones abarcan desde las propiedades mecánicas y ambientales hasta los estándares de seguridad, como la resistencia al fuego.  La función de 3D Systems es colaborar con UDRI suministrando materiales para las aplicaciones que se están investigando en este proyecto, ya sea combinando fotopolímeros comerciales existentes o formulando otros nuevos.

Lockheed Martin y Northrop Grumman también son colaboradores clave y realizarán inspecciones rigurosas en las piezas de prueba de UDRI para validar los resultados. UDRI está evaluando todas las especificaciones militares, los complejos de logística aérea y las calificaciones de los socios fabricantes de equipos originales para probar las piezas de conformidad con los estándares de la industria. Según el Dr. Timothy Osborn, líder de grupo para el desarrollo de tecnología de fabricación aditiva en UDRI, este conjunto de colaboradores representa la matriz de prueba correcta para implementar los resultados de la investigación en la aplicación más rápido que otros programas.

En la primera tarea del programa, se identificarán las piezas específicas a probar y se indicarán las especificaciones de materiales que esas piezas requieren. Con un escáner HandyScan de Creaform y un software de ingeniería inversa, UDRI digitalizará las piezas mediante un flujo de trabajo de escaneo 3D a CAD y preparará los archivos para la impresión. Una vez impreso, comenzará la prueba del material. El Dr. Osborn predice que el estudio comenzará a generar buenos datos en seis meses, aproximadamente, y culminará con el informe final y la recomendación a la Fuerza Aérea al finalizar el proyecto.

Actualmente, existen varias incógnitas en torno a las tecnologías de Figure 4 para estas aplicaciones, pero la velocidad y las tolerancias geométricas de esta tecnología son muy prometedoras. A través de este programa, UDRI y sus colaboradores planean obtener la ciencia necesaria para hacer realidad el reemplazo rápido de piezas.

Aprobado para divulgación pública. Número de caso: 88ABW-2018-5721 

La misión de sostenimiento de la Fuerza Aérea de los Estados Unidos (USAF) se vuelve cada vez más desafiante debido a un gran número de aviones, sistemas y equipos antiguos que envejecen constantemente. Hacer frente a este problema requiere soluciones de mantenimiento rápidas, fiables y duraderas. Los investigadores y los pioneros de la industria están buscando oportunidades en tecnologías emergentes más allá de las soluciones tradicionales de sostenimiento. El reemplazo rápido de piezas mediante la fabricación aditiva de 3D Systems para el control de inventario integrado a pedido es una solución convincente que actualmente se está evaluando con seriedad.

America Makes, el socio colaborador y líder del país en investigación, detección, creación e innovación de tecnologías de fabricación aditiva (AM) e impresión 3D está al mando de una iniciativa para identificar y examinar las opciones de sostenimiento incipientes para la transición. En el marco del programa “Maduración de la fabricación avanzada para el sostenimiento de bajo costo” (Maturation of Advanced Manufacturing for Low-Cost Sustainment, MAMLS), America Makes se encuentra ahora en la fase 3 de una convocatoria de proyecto para programas de investigación aplicada y desarrollo diseñados para mejorar la eficiencia en la fábrica, así como para los Complejos de logística aérea (ALC), con el fin de garantizar la preparación estratégica de la USAF.