La tecnología de corte por chorro de agua innova la industria aeroespacial

La industria aeroespacial está a la vanguardia en diseño, materiales y fabricación. Requiere visión y coraje, además de ingenieros y fabricantes que realicen el arduo trabajo de diseño, creación de prototipos, pruebas e iteración. La creación de prototipos significa una iteración rápida para validar y eliminar riesgos de nuevos diseños. En el pasado, esto significaba aprovechar un equipo independiente de modeladores y operadores de máquinas con el correspondiente conjunto de equipos complejos y especializados.

Cada vez más, las empresas están explorando una mejor opción para producir prototipos: están incorporando nuevas herramientas de fabricación digital al propio departamento de ingeniería. Estas herramientas permiten a los ingenieros crear prototipos de forma inmediata y local, sin tener que subcontratar ni interrumpir la planta de producción.

Este equipo incluye impresoras 3D, máquinas CNC, cortadoras láser de escritorio y, más recientemente, chorros de agua de escritorio. El corte por chorro de agua con abrasivo de escritorio es un proceso entre un número creciente de tecnologías en una categoría conocida como herramientas de fabricación de escritorios digitales. El concepto ha creado nuevas posibilidades para que los diseñadores aeroespaciales reduzcan drásticamente el tiempo desde una idea de diseño inicial hasta un producto final. La fabricación de computadoras de escritorio digitales comenzó hace más de una década con las impresoras 3D de escritorio. Son excelentes para crear piezas complejas en diversos materiales plásticos. Les siguieron las cortadoras láser de escritorio que pueden crear piezas 2D en materiales blandos y delgados como madera y plástico. Estas tecnologías permitieron a los ingenieros crear prototipos de cortadoras por chorro de agua que recientemente ingresaron al mercado, lo que finalmente permitió a los ingenieros producir piezas de precisión en cualquier material, incluidos metales, plásticos blandos y duros, vidrio, fibra de carbono o cualquier compuesto.

Los chorros de agua cortan una variedad de materiales concentrando agua a presión ultraalta y partículas abrasivas en una boquilla y lanzando la lechada a la pieza de trabajo. Dado que todos los materiales se erosionan, los chorros de agua producen piezas prototipo precisas con un excelente acabado superficial en muchos materiales que las impresoras 3D, los láseres o las máquinas CNC no pueden manejar. Como los chorros de agua utilizan un proceso de corte en frío, son más seguros porque no generan humos ni polvo peligrosos y también evitan daños por calor o distorsiones en las piezas que se cortan.

Estas herramientas ahora permiten a los ingenieros aeroespaciales producir prototipos en cualquier material, internamente y a velocidades y ciclos de iteración nunca antes posibles.

Llevando la producción de prototipos al departamento de ingeniería

Trasladar la producción del prototipo de un taller de modelos separado a estar con los ingenieros puede reducir el tiempo y el riesgo de error involucrados tanto en la creación como en la iteración del prototipo.

Por ejemplo, el equipo interno de I+D deIngeniería de Sistemas Aplicados En Florida se están desarrollando sistemas de combate para la USAF y la USN. Tienen una serie de desafíos, que incluyen acelerar la entrega de piezas y accesorios, reducir el costo de estos plazos rápidos, proteger la propiedad intelectual confidencial y cumplir con las especificaciones gubernamentales de certificación de procesos y materiales.

La empresa estaba cortando manualmente estructuras de drones de fibra de carbono, largueros y accesorios de aluminio para alas de misiles y acrílicos para carcasas y placas de cubierta, operaciones que requerían transferencias de ingeniería a operadores calificados para cada elemento e iteración.

Para mejorar el proceso, incorporaron herramientas de fabricación de escritorios digitales, comoWAZER , una nueva máquina de corte por chorro de agua de escritorio. Kellan Cannon, técnico electrónico, dijo: “Compramos específicamente un chorro de agua para crear prototipos únicos y rápidos de manera más asequible y eficiente. La naturaleza plug-and-play de esta máquina es importante porque es fácil de usar y no es necesario que otra persona capacitada la opere”.

Los chorros de agua se utilizan en la fase de diseño y creación de prototipos, así como para producir algunas piezas de uso final diseñadas para duras condiciones de guerra. Debido a que estas herramientas permiten a los ingenieros pasar de los dibujos de diseño a la fabricación de archivos de corte en código G, los ingenieros ahora pueden visualizar, producir e iterar piezas ellos mismos, en lugar de entregar diseños y esperar a que los talleres de producción devuelvan las piezas prototipo.

Al estar más involucrados en la producción del prototipo, los ingenieros obtienen comentarios mejores y más rápidos que mejoran el rendimiento del producto final.

Lograr una mayor velocidad de iteración del prototipo

Es muy común realizar múltiples iteraciones de prototipos para ajustar y eliminar riesgos en los diseños de productos. Esto es especialmente cierto en la aeronáutica y el sector aeroespacial. Sin embargo, los ciclos repetidos de prototipos añaden tiempo, gastos y riesgo de error, lo que puede socavar un proyecto.

Al llevar la producción de prototipos internamente, las empresas aeroespaciales pueden acelerar la iteración de sus prototipos y también realizar microiteraciones para probar variaciones específicas de productos.

Industrias Howe está desarrollando un sistema único de propulsión basado en agua para pequeñas naves espaciales de investigación. Su próximo lanzamiento comercial necesita una frecuencia extrema de prototipos diferentes. Jack Miller, ingeniero principal de investigación y desarrollo, dijo que los numerosos ciclos de diseño requieren que "a menudo iteremos varias veces al día en la misma pieza" y "el ritmo de prueba y producción se acelera enormemente".

Este ritmo de creación de prototipos sólo podría lograrse con recursos internos. Se instaló un chorro de agua de escritorio para fabricar con precisión piezas prototipo en materiales livianos y, a veces, exóticos.

Dado que los chorros de agua pueden cortar cualquier material, en un día normal, la máquina de Howe Industries puede usarse para cortar piezas de aluminio para propulsión de satélites, bancos de pruebas en fibra de carbono o incluso cerámica y vidrio de borosilicato para un sistema óptico. Las herramientas internas de fabricación de escritorios digitales, incluido el chorro de agua, son cruciales para la creación rápida de prototipos de componentes espaciales. El equipo de ingeniería pasó de esperar a que proveedores externos entregaran prototipos costosos y que requerían mucho tiempo, a un proceso interno mucho más rápido que les permite iterar según sea necesario para optimizar sus diseños.

Mantener la producción compleja según lo previsto

Cada misión aeroespacial se basa en miles de componentes interconectados, cada uno de los cuales debe diseñarse y probarse como una unidad separada, así como en pruebas de sistemas de extremo a extremo. Los cambios en las especificaciones de un componente pueden afectar a otros componentes, lo que requiere nuevos ciclos de diseño y pruebas. O cuando los componentes llegan tarde debido a retrasos en la subcontratación o interrupciones en las cadenas de suministro de materiales o fabricación, puede afectar a otros ensamblajes y a toda la misión.

Con la nueva fabricación digital de escritorio, las empresas pueden trasladar el diseño, la creación de prototipos y las pruebas internamente y al taller de ingeniería para ayudar a que los proyectos complejos se mantengan integrados y puntuales. Además, las empresas pueden realizar producciones de bajo volumen internamente, a través de estas mismas herramientas de fabricación digital de escritorio.

Una empresa que suministra componentes a la NASA ha adoptado la fabricación de computadoras de escritorio digitales para parte de su producción terminada. Incorporaron un chorro de agua para facilitar la producción ajustada de piezas de aluminio, titanio, acero inoxidable, diversos compuestos y polímeros.

La empresa pudo cumplir con un cronograma de proyecto ajustado al fabricar piezas internamente sin problemas en la cadena de suministro ni perder tiempo obteniendo cotizaciones competitivas. A diferencia de la fabricación tradicional, los chorros de agua y otros nuevos equipos de fabricación de escritorios digitales no requieren herramientas costosas ni operadores certificados. Como máquinas de escritorio, también son mucho más asequibles que los tradicionales chorros de agua, losLa empresa dijo que "la máquina se amortizó sola en sólo 2 o 3 meses".

Preparando a los ingenieros aeronáuticos del futuro

Los estudiantes de ingeniería de hoy diseñarán y construirán los sistemas aeronáuticos que volarán en el futuro. Estos estudiantes y sus profesores están ansiosos por realizar proyectos prácticos que expongan a los estudiantes a las

nuevas tecnologías y los materiales reales que utilizarán cuando se gradúen. De manera similar, la industria aeroespacial necesita nuevos graduados que estén capacitados y preparados en la escuela para abordar problemas del mundo real.

Las herramientas de fabricación de escritorios digitales, como las impresoras 3D y los chorros de agua, ayudan a las escuelas a ofrecer a los estudiantes tareas realistas y aprendizaje basado en proyectos. Debido a que son asequibles y compactos, las escuelas pueden instalar varias máquinas de fabricación en cada laboratorio para que más estudiantes puedan trabajar en proyectos simultáneamente. Además, a diferencia de las máquinas de fabricación tradicionales, este equipo es más seguro y permite a los estudiantes experimentar con cualquier material, desde metales livianos hasta compuestos. Las máquinas de chorro de agua de escritorio suelen ser asequibles y también mucho más pequeñas que los chorros de agua tradicionales, lo que les permite adaptarse al entorno del laboratorio.

La Universidad de Colorado Boulder instaló una máquina de chorro de agua en su nuevo edificio de Smead Aerospace Engineering. Matt Rhode es el gerente del taller mecánico allí y dijo: "Los estudiantes idean todo... así que debemos poder satisfacer esa necesidad".

Creando prototipos del futuro de la industria aeroespacial, una parte a la vez

La industria aeroespacial es dinámica y continuamente amplía los límites gracias a personas con visiones y diseños audaces. Para hacerse realidad, estas ideas audaces requieren sistemas de fabricación modernos y materiales complejos que permitan a los ingenieros concebir una idea y verla construirse, probarse y tal vez eventualmente volar.

Los equipos de fabricación de escritorio digitales, desde impresoras 3D hasta láseres de escritorio y chorros de agua asequibles, están afrontando este desafío. Con estas herramientas los ingenieros pueden diseñar una pieza, fabricarla y probarla el mismo día. Pueden reducir los tiempos de ciclo para iterar y refinar productos, impulsando un rendimiento superior del producto final, y pueden producir internamente para mantener proyectos complejos dentro del cronograma y el presupuesto.

El futuro de la industria aeroespacial se perfecciona cada día con la ayuda de nuevas tecnologías de fabricación de escritorios digitales, como los chorros de agua de escritorio.

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