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Esta realidad va desde el énfasis de la NASA en la creación de un motor de cohete totalmente impreso 3D hasta General Electric (GE) aumentando su uso de la impresión 3D en la fabricación de piezas de motores a reacción. Incluso la Fuerza Aérea ha adjudicado un contrato a SpaceX con para aumentar el uso de la impresión 3D en su fabricación de motores de cohetes.
El uso de la impresión 3D en los motores ha sido visto por todas estas empresas y agencias gubernamentales como una inversión valiosa. En todas estas situaciones, el sinterizado láser es el método de impresión 3D más popular para la creación de piezas metálicas duraderas para el uso de motores aeroespaciales.
Motores de Jet de Impresión 3D
GE tiene uno de los casos más conocidos de la incorporación de la impresión 3D en la fabricación de motores a reacción. En 2016, la compañía creó las boquillas de combustible para su nueva familia de motores LEAP usando la fusión directa de láser de metal. Esto convierte capas delgadas de polvos de metal en partes de metal completamente sólidas usando un láser para fundir el polvo donde los diseñadores quieren que las partes se solidifiquen.
La impresión en 3D permitió reducir el peso de las boquillas en un 25% y el número de piezas utilizadas para crear la boquilla se redujo de 18 a 1, permitió también vías y soportes de enfriamiento más complejos, dando a la boquilla un aumento de cinco veces en durabilidad. Estas boquillas no son un prototipo. En abril de 2016, GE envió a Airbus los dos primeros motores de producción LEAP-1A, con 19 inyectores impresos en 3D incluidos. Los motores LEAP que usan estas boquillas son aproximadamente un 15% más eficientes que sus contrapartes.
La industria ha sido extremadamente receptiva a estos motores, con más de 10,000 pedidos valorados en alrededor de $145 mil millones de dólares.
A finales de diciembre de 2016, se logró otro importante paso adelante para los motores LEAP y sus boquillas impresas en 3D. El motor de reacción LEAP-1C fue aprobado por la Administración Federal de Aviación (FAA) y la European Aviation Safety Association (EASA).
Fabricación de aditivos en la NASA
El año pasado, la NASA anunció el logro de un hito importante en la creación de un motor de cohetes totalmente impreso en 3D. Una serie de 12 disparos de prueba se realizaron con éxito en el nuevo prototipo del motor de cohetes impreso en 3D de la NASA en el Centro de Vuelo Espacial Marshall de la NASA en Huntsville, Alabama.
La turbo-bomba de combustible, el inyector de combustible, las válvulas y varios componentes principales del motor fueron impresos en 3D. Sin embargo, el proyecto de crear el motor totalmente impreso en 3D no está completo, siendo el principal obstáculo la cámara de combustión principal.
En 2015, la NASA completó un prototipo de motor: el 75% se hizo con piezas impresas en 3D, así como la primera parte del motor de cohetes de cobre a escala real. La prueba de este prototipo del motor utilizó una cámara de combustión que erosiona durante la quemadura. Esta erosión cambia las presiones internas del motor, permitiendo sólo un tiempo de disparo de 10 segundos. Sin embargo, utilizando la nueva cámara de combustión (no impresa en 3D) en las pruebas más recientes, el motor fue capaz de funcionar durante 30 segundos, con la posibilidad de seguir por más tiempo si es necesario.
"Un sistema no es sólo una suma de partes juntas, sino que es producto de la interacción de las partes. Lo que estamos tratando de hacer es entender y gestionar esas interacciones", dijo Nick Case, analista del sistema líder del proyecto. "Al mismo tiempo, debemos entender el rendimiento de las piezas individuales impresas en 3D. Eso es lo que esta prueba nos permitió hacer".
Esta prueba reciente se basó en los logros anteriores del equipo, acercándolos al objetivo final de un motor de cohete totalmente impreso en 3D. Este motor final reducirá el tiempo y los costos de desarrollo de los motores tradicionales comparables fabricados, incorporando algunas piezas que no podían ser fabricadas en un ambiente tradicional.
"Con nuestra nueva cámara y tiempos de disparo más largos, podemos crear un entorno de prueba mucho más cercano a nuestro punto de diseño para este proyecto", dijo Andrew Hanks, jefe de pruebas del proyecto.
El equipo espera probar un sistema de motor casi 100% impreso en 3D este año. Este motor servirá como prototipo que informa e influye en los diseños comerciales. El siguiente paso importante para lograr esto será la adición de una turbo-bomba oxidante impresa en 3D, la cual se está fabricando como parte de un desarrollo colaborativo con el programa Game Changing Development de la Dirección de Misiones Espaciales de la NASA. Este mismo programa también está financiando el desarrollo de una cámara de combustión impresa en 3D.
Los datos sobre la caracterización de los materiales y el rendimiento de las piezas impresas en 3D estarán disponibles para los usuarios aprobados en el Sistema de Información Técnica sobre Materiales y Procesos (MAPTIS) de la NASA.
Impresión 3D en SpaceX
El uso de la impresión 3D en el desarrollo de motores y la fabricación no es menos frecuente en el sector espacial comercial.
En 2015, la Fuerza Aérea de los EE.UU. pagó $241 millones de dólares en contratos combinados a ATB Orbital y SpaceX para desarrollar prototipos de motores de cohetes. SpaceX invierte $67 millones con el propósito de desarrollar un prototipo de su sistema de propulsión Raptor reutilizable.
El sistema Raptor es el motor más potente de SpaceX y utiliza muchas piezas impresas en 3D, incluida la turbo-bomba. Uno de los Motores Raptor probados por SpaceX el año pasado se componía de más del 40% de piezas impresas en 3D. Este sistema de propulsión se usa en la etapa superior de los cohetes Falcon 9 y Falcon Heavy y probablemente será usado en futuras misiones de SpaceX a Marte.
Todas estas importantes empresas aeroespaciales, así como los programas gubernamentales, están centrándose en el avance de la impresión 3D de metal para aplicaciones de motores aeroespaciales, lo que insinúa que 2017 será un gran año para la fabricación de aditivos.
La impresión 3D de metal está apenas en sus etapas iniciales, a punto de llegar a nuevos niveles en la industria aeroespacial y más allá. |
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