3D打印飞机传感器:飞行更安全、更经济-金属3D打印工厂

3D打印飞机传感器:飞行更安全、更经济-金属3D打印工厂插图

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       位于马德里的IMDEA材料研究所正在开发新的嵌入式传感器,可以实时监控飞行中的飞机。为了使其达到最优的性能,发挥最好的功能,研究人员选择了3D打印技术进行制造。由于这项技术的独特性,人类可以实现更安全地飞行,因为3D打印的传感器具有更好的预测性以及维护性,能够在发生毁灭性坠机之前通知维护人员问题的能力

3D打印飞机传感器:飞行更安全、更经济

3D打印飞机传感器

       这项工作被称为“用于改进下一代多功能机身零件制造的数字方法 (DOMMINIO) ”项目,由 Horizon 2020 研究计划资助。IMDEA团队3D打印了具有嵌入碳纳米管纤维的零件。碳纳米管的压阻特性可用于生成相关数据并用于监控零件。

3D打印飞机传感器:飞行更安全、更经济

       增材制造 (AM) 可以降低组装成本,同时减少将传感器连接在一起所需的大量电线。据统计飞机上有70到300英里长的电线,大约需要有100到400根线束将传感器固定在适当的位置,所以减少电线的连接是必要的,并且具有一定的经济性。3D打印的传感器也很轻,消耗的能量也相对较少。

IMDEA 材料研究员 Moisés Zarzoso 指出:“传感器材料选用纤维,与现有材料相比,这些纤维非常轻,而且消耗的能量也非常少。它们也是可3D打印的,很容易地嵌入到由传统碳纤维制成的部件中,要知道,碳纤维是飞机生产中非常常见的材料。”

从传感器到数字孪生

3D打印飞机传感器:飞行更安全、更经济

      该项目的关键是使用数字孪生(是充分利用物理模型、传感器更新、运行历史等数据,集成多学科、多物理量、多尺度、多概率的仿真过程,在虚拟空间中完成映射,从而反映相对应的实体装备的全生命周期过程)创建了飞机模拟模型。IMDEA 是这一领域的领导者,它使用从嵌入式传感器收集的信息来创建物理部件的数字孪生。

Zarzoso解释说:“它们被称为数字孪生,因为它们是非常精确的数字模型,会在整个生命周期内更新,实时复制飞机内的物理部件或组件。通过其嵌入式传感器,物理部分能够直接与地面工程师进行通信。例如,如果您在飞行过程中受到冰雹的影响,则该传感器会记录与部件可能损坏有关的信息,然后自动发送到其数字孪生体。使用这些信息,我们正在开发的模拟将能够分析潜在影响可能导致组件结构完整性的风险,并确定其剩余寿命。”

通过 3D 打印智能传感器改善飞机维护

借助这项技术,航空公司不仅可以更安全地飞行,而且还可以通过多种方式节省成本,包括:更准确的维护间隔、在导致航班延误之前发出问题信号,以及对组件进行监控和分析。实时监控可以以一种全新的方式查看由传感器驱动的飞机维护,而不是当今使用的时间表驱动的方法。

基于事件的信号可能成为机身和飞机组件监控的重要组成部分。研究人员可以开发协议来寻找即将发生故障的明显迹象或在面对不同事件时进行特定监控。飞行中的故障知识甚至可能让机组人员抢先着陆飞机,从而缩短可能因关键部件故障而在数小时后坠毁的航班。

飞机上的很多部件现在都是 3D 打印的复合材料。在使用机械臂制造组件的同时嵌入碳纳米管似乎很适合整个工作流程。对于金属材料,可以使用像Fabrisonic的超声波AM技术来集成传感器,它在打印物体过程中不使用热量,保证了传感器的制造成功率。许多纳米打印公司还可以提供用于应变、振动、压力或更多的3D打印传感器组件。

显而易见的是,嵌入式传感器对于高价值和关键的物体或过程有意义,例如水坝或飞机。对于这些类型的对象,3D 打印可以提供一种成本有效的途径来制造集成传感器包并将它们嵌入我们的世界。

(责任编辑:admin)

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