3D printed composite material structures for aerospace

当今航空航天工业面临的挑战之一是低产量部件的高能效和低成本制造。虽然热塑性复合材料的使用在当今的飞机中变得越来越普遍，但金属紧固件和支架仍然是紧固各种部件的最常见解决方案。由于数值建模和设计优化的进步，飞机部件的设计复杂性正在稳步增加。这导致了对复杂硬件、小型和大型部件的专业化小批量生产的需求。因此，加拿大航空航天供应商非常积极地开发新的方法来制造飞机认证的硬件和部件，以改善目前的设计灵活性和质量，同时保持所需的安全标准和机械性能。聚合物基复合材料增材制造领域的研究，特别是熔丝制造（FFF），显示出作为创新制造工艺的有前途的解决方案。哈钦森航空航天与工业公司和麦吉尔大学之间拟议的研究项目的目标是FFF技术的科学和技术进步，使材料和工艺适合于为航空航天工业生产可重复的高质量零件。更具体地说，该项目致力于3D打印复合材料领域的进步，通过FFF加工高性能复合材料，以及通过利用智能监控技术与数值模拟方法相结合来减少与3D打印相关的臭名昭著的工艺变化。此外，创新和强大的大规模3D打印系统的开发将把航空航天零件的增材制造技术推向一个新的水平。(cr)#（lf）L'un des défis de l'industrie aérosatiale actuelle est la fabrication rentable de pièces à faible volume.由于复合热塑性材料的使用在今天的飞机上非常普遍，因此附件和支架材料需要一种解决方案，以使附件多样化。由于数值模拟和概念优化的进展，飞机复合材料拉康塞普雄的复杂性不断增强。Il en résulte une demande de production spécialisée à faible volume de composite complex de petite et acutelle.加拿大宇航员的动机是开发新的方法，以制造具有灵活性和实际设计能力的复合材料证书，同时遵守安全标准。本文研究了聚合物基复合材料增材制造领域，特别是FFF（纤维基）复合材料的制造方法，提出了一种解决方案。哈钦森航空航天工业公司和麦吉尔大学提出的研究项目的目标是利用Navisphere科学技术和FFF技术来提供材料和工艺，以适应航空航天工业高质量零件的可重复生产。此外，该项目还介绍了3D复合材料领域的先进技术，即通过FFF处理复合材料的高性能，以及通过数字模拟方法与智能监控技术相结合，将3D印象相关过程的变化介绍给用户。

One of the challenges in today's aerospace industry is the energy efficient and cost-effective manufacturing of low-volume components. While the usage of thermoplastic composites becomes increasingly common in today's aircrafts, metallic fasteners and brackets remain the most common solution to fasten various components. Due to advancements in numerical modelling and design optimization, the design complexity of aircraft components is steadily increasing. This results in the demand of specialized low volume production of complex hardware, small and large sized components. Canadian aerospace suppliers are therefore highly motivated to develop new methods to fabricate aircraft certified hardware and components that improve on current design flexibility and mass, while maintaining the required safety standards and mechanical properties. Research in the field of additive manufacturing of polymer-based composites, specifically fused filament fabrication (FFF) shows a promising solution as an innovative manufacturing process. The objective of the proposed research project between Hutchinson Aerospace and Industry and McGill University is the scientific and technological advancement of FFF technology to make the materials and process suitable to produce repeatable high-quality parts for the aerospace industry. More specifically, this project strives for advancements in the field of 3D printable composite materials, processing of high-performance composites via FFF, as well as the reduction of the notorious process variations associated to 3D printing by leveraging smart monitoring technology coupled with numerical simulation approaches. In addition, the development of an innovative and robust, large scale 3D printing system will push the state of the art of additive manufacturing for aerospace parts to a new level.#(cr)#(lf)L'un des défis de l'industrie aérospatiale actuelle est la fabrication rentable de pièces à faible volume. Alors que l'utilisation de composites thermoplastiques devient de plus en plus courante dans les avions d'aujourd'hui, les attaches et supports métalliques demeurent la solution la plus courante pour attacher diverses composantes. En raison des progrès de la modélisation numérique et de l'optimisation de la conception, la complexité de la conception des composantes d'avion est en constante augmentation. Il en résulte une demande de production spécialisée à faible volume de composantes complexes de petite et grande taille. Les fournisseurs canadiens en aérospatiale sont donc très motivés à développer de nouvelles méthodes pour fabriquer des composantes certifiées qui améliorent la flexibilité et le poids des designs actuels, tout en respectant les normes de sécurité. La recherche dans le domaine de la fabrication additive de composites à base de polymères, en particulier la fabrication par filaments fondus (FFF), montre une solution prometteuse. L'objectif du projet de recherche proposé entre Hutchinson Aérospatiale et Industrie et l'Université McGill est l'avancement scientifique et technologique de la technologie FFF pour rendre les matériaux et les processus adaptés à la production reproductible de pièces de haute qualité pour l'industrie aérospatiale. Plus précisément, ce projet vise des avancées dans le domaine des matériaux composites imprimables en 3D, le traitement des composites haute performance via FFF, ainsi que la réduction des variations de processus associées à l'impression 3D en tirant parti d'une technologie de surveillance intelligente couplée à des approches de simulation numérique.