Comando de la Aeronáutica desarrolla motor hipersónico con impresión 3D

El Instituto de Estudios Avançados (IEAv) sustituyó el maquinado tradicional por la manufactura aditiva para fabricar los subsistemas de un motor scramjet


Vista explotada del modelo de laboratorio del motor scramjet, fabricado por medio de la impresión 3D y el mecanizado convencional (proceso


São Paulo, Brasil — La División de Aerotermodinámica de Hipersónica (EAH) del Instituto de Estudos Avançados (IEAv), organización militar científico-tecnológica ligada al Departamento de Ciencia y Tecnología Aeroespacial (DCTA) del Comando de la Aeronáutica, empezó a utilizar una impresora 3D Fortus 900mc, de Stratasys, para fabricar modelos de laboratorio de motores aeronáuticos hipersónicos, conocidos como scramjet (abreviatura de supersonic combustion ramjet). Con la impresión 3D de los modelos del motor se han ahorrado RS $ 250 mil al año en los costos de fabricación.

 

“El IEAv decidió apostar por una manufactura "híbrida" para desarrollar el motor, por medio de la combinación de procesos de mecanizado convencional y de fabricación aditiva", explica Israel Rêgo, Jefe de la Subdivisión de Ensayos en Suelo, de la División de Aerotermodinámica e Hipersónica del IEAv. El objetivo, afirma, es optimizar el ciclo de investigación y también acelerar eventuales actualizaciones y adaptaciones, así como reducir los costos de la manufactura. “"En un inicio, el motor scramjet podrá ser utilizado como fase de propulsión aspirada de cohetes que van al espacio. En un periodo de tiempo mayor, tendrá aplicaciones en la propulsión de aeronaves civiles o militares hiper veloces ", comenta Israel.

Actualmente, el Instituto utiliza la impresora 3D para producir tres subsistemas del motor scramjet para ensayos en túnel de viento hipersónico:

  • La fase de compresión que captura el aire atmosférico hacia el combustible.
  • La propia cámara de combustión, dentro del cual ocurre la combustión supersónica, que están siendo impresos en 3D, utilizando la resina ULTEM 9085, de alta resistencia y durabilidad mecánica y térmica. 
  • La tubería de aceleración de los productos de la reacción de combustión, que está siendo impresa en 3D con el material PC-ABS, de resistencia y durabilidad moderada.



En 2019, el IEAv utilizará la manufactura aditiva para fabricar un modelo de ingeniería del motor scramjet, funcional y en escala real. "Es un antecesor del modelo utilizado para la calificación de vuelo, el llamado protoflight. Su impresión en 3D nos permitirá revisar planos de fabricación y ensamble del motor y validar la funcionalidad de partes móviles, de forma ágil y económica", dice Israel.

Modelo de laboratorio del motor scramjet instalado en la sección de prueba del túnel de viento hipersónico del IEAv (condición operativa probada: Número de Mach 7 en la estratosfera terrestre).


La impresora 3D Fortus 900mc fue importada por el IEAv en diciembre de 2015, con el apoyo de la FINEP, y su empleo en la manufactura aditiva de los subsistemas del motor scramjet inició en febrero de 2016. "Decidimos sobre ella por las ventajas asociadas con el ahorro de tiempo, reducción de costos, mayor volumen de impresión, lo que satisface nuestros requisitos de fabricación rápida ", detalla Israel.

Además, explica Israel, la idea de utilizar la tecnología de impresión 3D en el IEAv surgió en 2013, durante la Feria Internacional de Máquinas-Herramienta y Sistemas Integrados de Manufactura (FEIMAFE). "Fue justamente allí que identificamos la gran ventaja competitiva de la tecnología de prototipos 3D para nuestra actividad de investigación y desarrollo aquí en la EAH". Dos años después, el Instituto, con el apoyo de FINEP, importó el equipo con un costo de aproximadamente de US$ 400 mil. "A partir de ese momento, nos ahorramos los costos del mecanizado convencional realizado por terceros, servicio que fue sustituido por nuestra impresora 3D".

El éxito de trabajar con la impresora 3D Fortus 900mc llevó al IEAv a presentar el artículo "Preliminary Studies of Hypersonic Flows Over 3D Printed Models" durante el Foro de Aeronáutica y Espacio, realizado por el American Institute of Aeronautics and Astronautics (AIAA) en Orlando, Estados Unidos, en septiembre de este año. El objetivo de la presentación, fue mostrar cómo el Laboratorio de Aerotermodinámica e Hipersónica del IEAv ha utilizado la tecnología FDM para acelerar la investigación y el desarrollo de tecnologías hipersónicas. El equipo de IEAv presentó los procesos de fabricación de sistemas hipersónicos, en los cuales se utilizó la impresora 3D Fortus 900mc.

“La manufactura aditiva está revolucionando las industrias aeronáutica, de defensa, y esa revolución ya está en Brasil. ”, afirma Juan Carlos Miralles, Sales Director de Stratasys para Latinoamérica.

Fuente: Stratasys

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