500 piezas en dos días: cómo la impresión 3D contribuyó a los ensayos de perforación de Airbus

 

One of the key challenges in advanced manufacturing is to ensure that complex structures like robotics, digitally assisted assembly, and machining technologies are assembled perfectly. Based in a £43 million Factory 2050 at the Advanced Manufacturing Research Centre (AMRC), the Integrated Manufacturing Group is a research group that works with industrial partners to bring together these advanced technologies and develop integrated systems.

The research group recently worked on a project for Airbus, Europe’s largest aerospace manufacturer, that involved high-tolerance drilling and machining of carbon fiber, aluminum, and titanium components. 

Given the stringent aerospace requirements, it was critical to prevent cross-contamination of holes during these trials. Shortly into the project, the team realized that their planned solution wasn’t sufficient to solve the issue and faced weeks of delay if they were to machine or injection mold replacement parts.

Learn from George Sleath, a project engineer at the Integrated Manufacturing Group, about how the team used 3D printing to rapidly produce 500 high-precision drilling caps, cutting the lead time from weeks to only three days.

Sleath and the engineering team worked with AMRC’s open-access additive manufacturing station to manufacture the parts they needed. Read our case study to learn how open access to 3D printing can support hundreds of engineers across the site.

Pruebas de diferentes métodos para evitar la contaminación cruzada

“One of the key requirements for the drilling process was that we didn't have any contamination in the holes. What this meant was that after drilling one hole and moving onto the next hole, we needed to cover up the first one, so that any scrap that was generated didn't cross-contaminate it. When we realized that we had this particular requirement for a hole cover, we only had a small amount of time to deliver the solution,” Sleath said.

The engineers first tried to use an aluminum piece with a small rubber O-ring, but that didn't solve the problem sufficiently. It caused the entire project to slow down, which, given the limited time available to conclude the project, wasn't going to be acceptable.

The team then came up with a new design: a small disc with a cut channel around the outside to fit an O-ring. The part had relatively strict tolerance requirements; if the cut was too big and the ring would sink into the side of the part, it wouldn't actually seal on the O-ring, but on the plastic. The acceptable range of tolerance was half the thickness of the O-ring, somewhere in the region of half a millimeter.

The variety of parts also meant complications for manufacturing. “We had to have multiple variations because the holes we were drilling were different sizes, which meant we required different hole covers. From a virtual design point of view, it doesn't take long to just change one dimension, but if you were to have the parts injection molded, you'd have to have a new mold for each one,” Sleath said.

Impresión 3D de 500 tapas protectoras en dos días

El equipo necesitaba unas 500 de estas pequeñas tapas en un plazo de diez días, lo que prácticamente descartaba todas las opciones de fabricación excepto la impresión 3D. 

Al no estar seguro en aquel momento sobre las capacidades internas del AMRC, Sleath pidió primero presupuestos a tres servicios de impresión externos, pero las ofertas resultaban excesivas para el valor que pensaban que las piezas impresas iban a aportar al proyecto.

"Entonces, hablé con Mark Cocking en nuestro Grupo de Diseño y Prototipado y le pregunté si podíamos fabricar algo nosotros mismos. No tuve respuesta durante 24 horas, pero cuando la recibí, dijo "sí, ya tenemos más de la mitad impresa". Fabricar 250 de esas tapas protectoras para perforación fue un resultado impresionante", dijo Sleath.

Al final, Cocking consiguió tener todos los componentes fabricados en dos días.

"No solo significó que obtendríamos las piezas antes y podríamos trabajar con ellas, sino que también podríamos dedicar nuestra atención a otras cosas sin tener que preocuparnos de cuándo iban a estar listas", dijo Sleath.

Una estación de impresión 3D in situ ofrece flexibilidad y espacio para las iteraciones

Como las piezas se imprimieron en 3D, los ingenieros pudieron incluir en la pieza una geometría que también imprimieron en 3D en una herramienta, lo que les permitió instalar las tapas de forma rápida y sencilla. 

"Las opiniones que recibía de los operarios que las estaban instalando eran fantásticas. La gran mayoría de las piezas funcionó exactamente como se habría previsto y ninguna de ellas se rompió durante su funcionamiento", dijo Sleath.

Además del rápido tiempo de entrega y de su bajo coste, otra ventaja clave del acceso a la impresión 3D in situ era la flexibilidad. 

"Si el diseño no hubiera funcionado cuando lo probamos, podríamos haber vuelto rápidamente a la etapa de diseño y haber cambiado las cosas, en lugar de enviar el primer diseño a una empresa de servicios y darnos cuenta de que había que hacer pequeños cambios cuando nos entregasen las 500 piezas en un par de semanas", dijo Sleath.

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"Me gusta bastante utilizar la impresión 3D para realizar iteraciones de diseño rápidamente. Fabrico una pieza en la impresora 3D para ver cómo rinde sobre el terreno, y luego envío rápidamente un nuevo diseño de vuelta a la impresora. De hecho, a veces se pueden hacer dos o tres diseños en un mismo día gracias a su rapidez y bajo coste. Con el nuevo proyecto de acceso abierto del AMRC, que todo el centro se está preparando para usar, creo que todo el mundo va a empezar a utilizar mucho más la impresión 3D por aquí", dijo Sleath.

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