In 3D khuôn thép gần 2 tấn để làm máy bay

Chiếc khuôn được in tại Phòng thí nghiệm quốc gia Oak Ridge của Bộ Năng lượng Mỹ trong khoảng 8 tuần. Khuôn cao khoảng 1,83m, rộng 1,22m, được tạo thành từng lớp từ thép nóng chảy. 

Thiết bị này thực chất là một khuôn dập tạo hình. Trong quá trình sản xuất, một tấm vật liệu composite nhiệt dẻo được nung nóng rồi ép giữa hai mặt khuôn để tạo thành hình mong muốn. Boeing dự kiến dùng khuôn trong các nghiên cứu liên quan đến sản xuất bộ phận như cửa máy bay.

Thông thường, những khuôn kim loại cỡ lớn như vậy phải trải qua nhiều công đoạn như đúc, rèn, gia công cắt gọt và khoan.

Lần này, nhóm nghiên cứu thử một cách khác. Một cánh tay robot mang đầu hàn liên tục làm nóng chảy dây kim loại rồi đắp từng lớp, cho tới khi hình dạng khổng lồ của chiếc khuôn hoàn thành.

Công nghệ này có tên Chế tạo bồi đắp bằng hồ quang và dây kim loại, thường viết tắt là WAAM. Có thể hình dung nó như một máy in 3D kim loại cỡ lớn, trong đó dây thép đóng vai trò vật liệu in.

Hệ thống Arc-1 tại Oak Ridge còn có thể sử dụng nhiều loại kim loại trong cùng một sản phẩm.

Với chiếc khuôn của Boeing, thép thường được dùng ở những phần cần độ cứng và khả năng chịu lực, còn thép không gỉ được đắp lên bề mặt làm việc để chống ăn mòn và giữ kích thước ổn định trong quá trình sử dụng.

In 3D còn giúp các kỹ sư giải quyết một yêu cầu khó của loại khuôn này.

Trong quá trình tạo hình linh kiện, khuôn cần được làm nóng rồi làm nguội. Khuôn chế tạo theo cách thông thường thường có các đường dẫn chất lỏng dài và thẳng được khoan vào khối kim loại.

Khi in 3D, nhóm nghiên cứu có thể tạo sẵn những đường dẫn uốn cong bên trong, chạy sát theo hình dạng bề mặt khuôn. Nhờ vậy, dòng chất lỏng làm nóng hoặc làm nguội có thể đi gần khu vực cần điều chỉnh nhiệt độ hơn.

Tuy nhiên, chế tạo một khối thép gần 2 tấn bằng cách đắp kim loại từng lớp cũng gây ra vấn đề khác.

Kim loại co lại khi nguội, tạo ứng suất bên trong và có thể khiến cả chiếc khuôn cong hoặc vặn khỏi hình dạng thiết kế.

Các kỹ sư phải gắn thêm những gân đỡ tạm thời phía sau và dùng mô phỏng trên máy tính để dự đoán độ biến dạng. Sau 32 lần điều chỉnh mô hình, khuôn in ra chỉ lệch vài milimet so với hình dạng mong muốn.

Sau khi hoàn thành tại Oak Ridge, chiếc khuôn được chuyển tới Baker Industries ở bang Michigan. Tại đây, khuôn được ủ nhiệt để giảm ứng suất bên trong, các gân đỡ tạm thời được cắt bỏ và những công đoạn gia công cuối cùng được thực hiện theo yêu cầu của Boeing.

Chiếc khuôn sẽ được dùng trong chương trình HiCAM của NASA, chương trình nghiên cứu cách sản xuất máy bay composite nhanh hơn.

Vật liệu composite đã được sử dụng rộng rãi trên các máy bay hiện đại vì nhẹ hơn nhiều vật liệu truyền thống nhưng vẫn đạt yêu cầu về độ bền. NASA đang cùng các đối tác tìm cách rút ngắn thời gian sản xuất những kết cấu lớn như thân và cánh máy bay, đồng thời giảm chi phí.

NASA dự kiến thực hiện các cuộc trình diễn sản xuất thân và hộp cánh composite kích thước lớn vào năm 2028 và 2029.

Thử nghiệm đang nhằm xác định liệu những khuôn công nghiệp rất lớn như vậy có thể được in trực tiếp từ kim loại, tích hợp sẵn các đường làm nóng và làm nguội, rồi đưa vào dây chuyền sản xuất máy bay hay không.

Không quân Sri Lanka đưa ba nhà sư lên máy bay bay qua những vùng hạn hán để cầu nguyện và rải nước thánh với hy vọng trời sẽ mưa.