Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Design Study of a Wing Rudder: Exploring the Possibility to Implement Additive Manufacturing
Luleå University of Technology, Department of Business Administration, Technology and Social Sciences.
2017 (English)Independent thesis Advanced level (professional degree), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesis
Abstract [en]

Subtractive manufacturing are the most common methods in the aerospace industry to manufacture components. In these parts the buy to fly ratio is low and it needs accurate strengths analyses to static and dynamic loads especially were the different parts relate to each other with fasteners in the assembly work. Additive manufacturing has now been developed to be of such quality that the aerospace industry see the potential to use the technology in their production of parts. It has been possible to make them lighter, stronger and reduce the total amount of parts in an assembly. This mean probably some changes to the stakeholders in the process of their product development. Engineers who are working on the products will need to face the design aspects and restrictions with AM to choose the right component/sub-assemblies to convert to AM parts.

This thesis will address the possibility to redesign a wing rudder and to get some knowledge about the engineer’s point of view of AM and how it may affect them. Today there are several aerospace industries adopting AM and get airworthy components to less critical parts as brackets but also parts in the engines as the fuel nozzle in an Airbus (Trimble, 2016). For larger parts, there have also been studies to use AM for example internal galley partition but the result is it will take too long time to print by todays machines. There are several different methods for AM and Powder Bed System is popular in the aerospace industry according to its geometrical correctness to the CAD model (Dordlofva, Lindwall, & Törlind, 2016). Commercial aircrafts industry starts to get harder regulations for their emissions to get lighter planes and less air resistance. AM open up the possibilities to meet these requirements by producing parts which was impossible to produce before. The design process for AM design today are not fully known yet, which leave a lot to imagination. There are general design rules on how to design for AM build but it does not necessary mean the part will be correctly built. There are several cost driven aspects with AM, the most expensive part is the print time but there are different aspects to. For example, CNC machining may be needed after the AM build and add cost for subtractive manufacturing.

Interviews with engineer’s groups have been made to conduct their thoughts and knowledge of AM and how it may affect their work. Some uncertainties were mentioned and it was most focused on the process and the reliability of the finished part. The engineers think the design process will be almost the same and only change boundary conditions. To get ideas, a workshop was made with some design guidelines for development of different designs on the wing rudder and to bring positive and negative aspects to the design. An overall cost calculation was made for a few parts and the result shows that it is hard to compete with the design of the wing rudder today. The most important aspects for a success of AM is the print speed, qualified manufacturing processes and CAD software support for the engineers. 

Abstract [sv]

Flygindustrin använder sig främst av subtraktiv bearbetning i sin framställning av de olika komponenterna till ett flygplan. Det blir då ofta en väldigt låg grad av materialutnyttjande, endast några procent återstår av det inköpta utgångsmaterialet. Till det tillkommer monteringsarbete och noggranna hållfasthetsanalyser, både statisk och utmatningshållfasthet av sammanbyggda skarvar där fästelement är en del. Den additiva tillverkningen har nu utvecklats och visat sig inneha kvalitéer för att klara kraven som ställs i flygindustrin. Det kan göra detaljerna lättare, starkare och minska antalet komponenter i monteringsarbetet. Det kan innebära en hel del förändringar för olika intressenter som får börja tänka annorlunda. Ingenjörer som arbetar med produktframtagning kommer att ställas inför utmaningen att applicera denna teknik på lämpliga delar/delkonstruktioner.

Detta examensarbetet undersöker möjligheten att designa ett vingroder till ett flygplan och bilda en uppfattning om ingenjörernas förtroende för additiv tillverkning samt hur det kommer påverka dem. Det finns idag flera flygindustrier som har påbörjat att ta fram flygvärdiga komponenter, framförallt mindre kritiska fästelement men även en del artiklar i motorer så som bränslemunstycke hos Airbus (Trimble, 2016). De har analyserat möjligheten att använda additiv tillverkning på större artiklar såsom inre kabinstruktur men har kommit fram till att det tar för lång tid att tillverka med dagens maskiner. Det finns flertalet olika additiva tillverkningsmetoder men den som står ut är pulverbäddskrivaren då den har en bättre geometrisk korrekthet gentemot CAD modellen (Dordlofva, Lindwall, & Törlind, 2016). Nya reglementen för utsläpp i den komersiella flygindustrin pressar företagen att bygga bättre flygplan som är lättare och därmed får mindre luftmotstånd. Designprocessen för additiv tillverkning är inte given då det inte finns några givna processer som täcker hela processen. Det finns generella design-riktlinjer i vad de olika maskinerna klarar av att bygga, men samtidigt är det ingen garanti att genom att följa dessa riktlinjer skapa en fungerande design. Det finns flera olika kostnadsdrivande aspekter med additiv tillverkning. Det som mest driver kostnaden idag är den låga skrivarhastigheten. Andra kosnadsdrivare är om det tillkommer efterarbete för att uppfylla toleranser eller få en korrekt / plan sammanfogningsyta.

Arbetet har utförts med intervjuer av ingenjörsgrupper för att skapa en uppfatting om deras syn på additiv tillverkning och hur det skulle ändra deras arbete. En viss osäkerhet förekom men det berodde framförallt på osäkerheten för säkring av processen, dvs tillverkningsprocessen och att kunna vara säker på att detaljen håller måttet. De ansåg att designprocessen inte skulle förändras så mycket, utan bara att randvillkoren skulle ändras. Utifrån workshops och designriktlinjer har koncept tagits fram och utvärderats med för och nackdelar. En översiktlig kostnadskalkyl har gjorts som visar på att det blir svårt att designa roder som en större enhet för additiv tillvekning som är ekonomiskt jämförbart med dagens tillverkingsmetoder. De viktigaste framgångsfaktorerna för additiv tillverkning är ökad skrivarhastighet, kvalificering av tillverkningsprocesserna och CAD stöd för ingenjörerna. 

Place, publisher, year, edition, pages
2017. , p. 38
Keywords [en]
Additive manufacturing, Design for additive manufacturing, Aerospace industry, Design study, Engineers process aspects
National Category
Engineering and Technology
Identifiers
URN: urn:nbn:se:ltu:diva-64522OAI: oai:DiVA.org:ltu-64522DiVA, id: diva2:1115391
External cooperation
Saab AB
Educational program
Industrial Design Engineering, master's level
Supervisors
Examiners
Available from: 2017-07-05 Created: 2017-06-26 Last updated: 2017-07-05Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(25211 kB)144 downloads
File information
File name FULLTEXT02.pdfFile size 25211 kBChecksum SHA-512
16026113bd8ee6e23100bded6750458be7df6504e81f5f29ad06332eaf3137b41a05a59ac5defdabfcad2a405d22b1ec2a76d0da01f6ed4a59ec9ffe39c83897
Type fulltextMimetype application/pdf

Search in DiVA

By author/editor
Ekman, Marcus
By organisation
Department of Business Administration, Technology and Social Sciences
Engineering and Technology

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 144 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 235 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf