استفاده از چاپ سه‌بعدی و حسگر‌های نانولوله کربنی برای پرواز ایمن‌تر و ارزان‌تر

به گزارش صنعت نیوز،صنعت هوانوردی به دلیل خواص ویژه کامپوزیت‌های پیشرفته، نظیر وزن کم، استحکام و دوام بالا به سمت استفاده از چاپ سه‌بعدی و حسگر‌های نانولوله کربنی رفته است.

مراه با افزایش بهره‌وری و عملکرد هواپیماها، استفاده از این مواد پیشرفته، طراحی و ساخت سازه‌ها و اجزای مقرون به صرفه را امکان‌پذیر می‌کند، هر چند چالش‌هایی نیز وجود دارد. رفع این چالش‌ها منجر به کاهش وزن و کاهش مصرف سوخت و افزایش بهره‌وری انرژی در ساخت هواپیما می‌شود.

امروزه در بسیاری از قطعات هواپیما از کامپوزیت‌های چاپ سه‌بعدی استفاده می‌کنند. بهره‌گیری از نانولوله‌های کربنی (CNTs) در طول فرآیند ساخت قطعات بسیار مورد توجه است. برای چنین اجزایی، چاپ سه‌بعدی می‌تواند وسیله‌ای مقرون به صرفه برای ساخت و تعبیه بسته‌های حسگر یکپارچه فراهم کند.

محققان با حمایت پروژه DOMMINIO با بودجه اتحادیه اروپا در حال توسعه حسگر‌های تعبیه شده‌ای هستند که امکان نظارت در زمان واقعی هواپیما را در حین پرواز فراهم می‌کند. قطعات چاپ سه‌بعدی با الیاف نانولوله‌های کربنی داده‌هایی را تولید می‌کنند که سپس می‌توانند برای نظارت بر قطعه مورد استفاده قرار گیرند. این کار می‌تواند هزینه‌های مونتاژ را کاهش دهد و نیاز به استفاده از سیم‌های زیادی را برای اتصال حسگر‌ها به یکدیگر محدود کند.

دکتر موسی زارزوسو، دستیار پژوهشی در مؤسسه مواد IMDEA اسپانیا، می‌گوید: «حسگر‌ها به گونه‌ای طراحی می‌شوند که از این الیاف ساخته شوند، که در مقایسه با مواد موجود بسیار سبک هستند و همچنین انرژی بسیار کمی مصرف می‌کنند. آن‌ها همچنین قابل چاپ سه‌بعدی بوده و با توجه به اینکه الیاف از جنس نانولوله‌های کربنی هستند، می‌توان آن‌ها را به راحتی در یک قطعه ساخته شده از الیاف کربن سنتی، که یک ماده بسیار رایج در تولید هواپیما است، جاسازی کرد.»

یکی از جنبه‌های اصلی این پروژه استفاده از دوقلو‌های دیجیتال است. دکتر زارزوسو توضیح می‌دهد: «آن‌ها دوقلو‌های دیجیتال نامیده می‌شوند، زیرا مدل‌های دیجیتالی بسیار دقیقی هستند که در طول چرخه زندگی به‌روزرسانی می‌شوند و بخش یا جزء فیزیکی داخل هواپیما را در زمان واقعی شبیه‌سازی می‌کنند. از طریق حسگر تعبیه شده، بخش فیزیکی قادر است به طور مستقیم با مهندسان روی زمین ارتباط برقرار کند. برای مثال، اگر در حین پرواز در اثر تگرگ ضربه خورده باشید، اطلاعات مربوط به هر گونه آسیب احتمالی به قطعه توسط آن حسگر ثبت می‌شود و سپس به طور خودکار به دوقلو دیجیتال آن ارسال می‌شود. با استفاده از این اطلاعات، شبیه‌سازی‌هایی که ما در حال توسعه آن هستیم، می‌توانند خطری را که می‌تواند بر یکپارچگی ساختاری قطعه اثر داشته باشد، تجزیه و تحلیل کرده و طول عمر باقی‌مانده آن را تعیین کند.»

حسگر‌های چاپ سه‌بعدی هواپیما می‌توانند به روش‌های مختلفی به کاهش هزینه‌ها کمک کنند. پروژه DOMMINIO (روش دیجیتالی برای ساخت نسل بعدی بهبود یافته قطعات چند منظوره بدنه هواپیما) در حال توسعه یک روش دیجیتالی جدید برای طراحی، ساخت و صدور گواهینامه قطعات چند منظوره و هوشمند بدنه هواپیما است، در ژوئن ۲۰۲۴ به پایان می‌رسد.