Според SmarTech, консултантска компанија за производство на технологија, воздушната е втора по големина индустрија опслужувана со производство на адитиви (AM), втора само по медицината.Сепак, сè уште постои недостиг на свесност за потенцијалот на адитивното производство на керамички материјали во брзото производство на компоненти за воздухопловство, зголемена флексибилност и исплатливост.AM може да произведе посилни и полесни керамички делови побрзо и поодржливо - намалувајќи ги трошоците за работна сила, минимизирајќи го рачното склопување и подобрување на ефикасноста и перформансите преку дизајнот развиен со моделирање, а со тоа ја намалува тежината на авионот.Покрај тоа, керамичката технологија за производство на адитиви обезбедува димензионална контрола на готовите делови за карактеристики помали од 100 микрони.
Сепак, зборот керамика може да предизвика погрешна претстава за кршливост.Всушност, керамиката произведена со адитиви произведува полесни, пофини делови со голема структурна цврстина, цврстина и отпорност на широк опсег на температури.Компаниите кои гледаат напред се свртуваат кон компоненти за производство на керамика, вклучувајќи млазници и пропелери, електрични изолатори и лопатки на турбините.
На пример, алумината со висока чистота има висока цврстина и има силна отпорност на корозија и температурен опсег.Компонентите направени од алумина се исто така електрично изолациски при високи температури вообичаени во воздушните системи.
Керамиката заснована на цирконија може да исполни многу апликации со екстремни барања за материјали и висок механички стрес, како што се обликување на висококвалитетни метали, вентили и лежишта.Керамиката со силикон нитрид има висока јачина, висока цврстина и одлична отпорност на термички шок, како и добра хемиска отпорност на корозија на различни киселини, алкали и стопени метали.Силициум нитрид се користи за изолатори, работни кола и антени со ниска диелектрична висока температура.
Композитната керамика обезбедува неколку пожелни квалитети.Керамиката на база на силикон, додадена со алумина и циркон, се покажала добро во производството на одлеаноци со еден кристал за сечилата на турбините.Тоа е затоа што керамичкото јадро направено од овој материјал има многу мала термичка експанзија до 1.500°C, висока порозност, одличен квалитет на површината и добра истекување.Печатењето на овие јадра може да произведе дизајни на турбини кои можат да издржат повисоки работни температури и да ја зголемат ефикасноста на моторот.
Добро е познато дека обликувањето со инјектирање или обработката на керамика е многу тешко, а обработката обезбедува ограничен пристап до компонентите што се произведуваат.Карактеристиките како што се тенки ѕидови исто така тешко се обработуваат.
Сепак, Lithoz користи керамичко производство засновано на литографија (LCM) за производство на прецизни, сложени 3D керамички компоненти.
Почнувајќи од CAD моделот, деталните спецификации дигитално се пренесуваат на 3D печатачот.Потоа нанесете го прецизно формулираниот керамички прав на горниот дел од проѕирниот сад.Подвижната градежна платформа е потопена во калта, а потоа селективно изложена на видлива светлина одоздола.Сликата на слојот е генерирана од дигитален микро-огледало уред (DMD) поврзан со системот за проекција.Со повторување на овој процес, може да се генерира тродимензионален зелен дел слој по слој.По термичка пост-третман, врзивото се отстранува и зелените делови се синтеруваат-комбинираат со посебен процес на загревање- за да се добие целосно густ керамички дел со одлични механички својства и квалитет на површината.
Технологијата LCM обезбедува иновативен, рентабилен и побрз процес за инвестициско лиење на компонентите на турбинскиот мотор - заобиколувајќи го скапото и макотрпно производство на мувла што е потребно за обликување со вбризгување и изгубено лиење восок.
LCM, исто така, може да постигне дизајни што не можат да се постигнат со други методи, додека користи многу помалку суровини од другите методи.
И покрај големиот потенцијал на керамичките материјали и LCM технологијата, сè уште постои јаз помеѓу производителите на оригинална опрема AM (OEM) и дизајнерите на воздушната просторија.
Една од причините може да биде отпорноста на новите методи на производство во индустриите со особено строги барања за безбедност и квалитет.Воздухопловното производство бара многу процеси на верификација и квалификација, како и темелно и ригорозно тестирање.
Друга пречка го вклучува верувањето дека 3D печатењето е главно погодно само за еднократно брзо прототипирање, наместо за било што може да се користи во воздухот.Повторно, ова е недоразбирање и докажано е дека 3D печатените керамички компоненти се користат во масовното производство.
Пример е производството на лопатки на турбини, каде што AM керамичкиот процес произведува јадра со единечни кристали (SX), како и насочно зацврстување (DS) и еквиоксено лиење (EX) лопати на турбини од суперлегура.Јадрата со сложени структури на гранки, повеќе ѕидови и задни рабови помали од 200μm може да се произведуваат брзо и економично, а финалните компоненти имаат конзистентна димензионална точност и одлична завршна површина.
Подобрувањето на комуникацијата може да ги обедини воздушните дизајнери и AM OEM и целосно да им верува на керамичките компоненти произведени со помош на LCM и други технологии.Технологијата и експертизата постојат.Треба да го смени начинот на размислување од AM за истражување и развој и прототипови и да го гледа како начин напред за големи комерцијални апликации.
Покрај образованието, воздухопловните компании можат да инвестираат време и во персонал, инженерство и тестирање.Производителите мора да бидат запознаени со различни стандарди и методи за оценување на керамиката, а не на металите.На пример, двата клучни ASTM стандарди на Lithoz за структурна керамика се ASTM C1161 за тестирање на силата и ASTM C1421 за тестирање на цврстина.Овие стандарди важат за керамика произведена со сите методи.Во производството на керамички адитиви, чекорот на печатење е само метод на формирање, а деловите се подложени на ист тип на синтерување како традиционалната керамика.Затоа, микроструктурата на керамичките делови ќе биде многу слична на конвенционалната обработка.
Врз основа на континуираниот напредок на материјалите и технологијата, можеме со сигурност да кажеме дека дизајнерите ќе добијат повеќе податоци.Новите керамички материјали ќе бидат развиени и приспособени според специфичните инженерски потреби.Деловите направени од AM керамика ќе го завршат процесот на сертификација за употреба во воздушната.И ќе обезбеди подобри алатки за дизајн, како што е подобрен софтвер за моделирање.
Со соработка со техничките експерти на LCM, воздухопловните компании можат да воведат AM керамички процеси за внатрешно скратување на времето, намалување на трошоците и создавање можности за развој на сопствената интелектуална сопственост на компанијата.Со предвидување и долгорочно планирање, воздухопловните компании кои инвестираат во керамичка технологија можат да имаат значителни придобивки во целото свое производно портфолио во следните десет години и понатаму.
Со воспоставување партнерство со AM Ceramics, производителите на авионска оригинална опрема ќе произведуваат компоненти кои претходно биле незамисливи.
About the author: Shawn Allan is the vice president of additive manufacturing expert Lithoz. You can contact him at sallan@lithoz-america.com.
Шон Алан ќе зборува за тешкотиите за ефективно пренесување на предностите на производството на керамички адитиви на Ceramics Expo во Кливленд, Охајо на 1 септември 2021 година.
Иако развојот на хиперсонични системи за летање постои со децении, тој сега стана главен приоритет на националната одбрана на САД, доведувајќи го ова поле во состојба на брз раст и промени.Како уникатно мултидисциплинарно поле, предизвикот е да се најдат експерти со потребните вештини за промовирање на неговиот развој.Меѓутоа, кога нема доволно експерти, тоа создава празнина во иновациите, како што е ставање дизајн за производствена способност (DFM) прво во фазата на истражување и развој, а потоа се претвора во производствен јаз кога е предоцна за да се направат економични промени.
Алијансите, како што е новоформираната Универзитетска алијанса за применета хиперсоника (UCAH), обезбедуваат важна средина за негување на талентите потребни за унапредување на полето.Студентите можат да работат директно со универзитетски истражувачи и индустриски професионалци за да развијат технологија и да ги унапредат критичните хиперсонични истражувања.
Иако UCAH и другите одбранбени конзорциуми ги овластиле членовите да се вклучат во различни инженерски работи, мора да се направи повеќе работа за да се негуваат различни и искусни таленти, од дизајн до развој на материјали и избор до производствени работилници.
Со цел да се обезбеди потрајна вредност на теренот, универзитетскиот сојуз мора да го направи развојот на работната сила приоритет преку усогласување со потребите на индустријата, вклучување на членовите во истражување соодветно на индустријата и инвестирање во програмата.
Кога хиперсоничната технологија се трансформира во проекти за производство од големи размери, постојниот јаз во инженерските и производствените вештини во работната сила е најголемиот предизвик.Ако раните истражувања не ја преминат оваа соодветно именувана долина на смртта - јазот помеѓу R&D и производството и многу амбициозни проекти пропаднаа - тогаш изгубивме применливо и изводливо решение.
Преработувачката индустрија во САД може да ја забрза суперсоничната брзина, но ризикот од заостанување е да се прошири големината на работната сила за да се совпадне.Затоа, владата и конзорциумите за развој на универзитетите мора да соработуваат со производителите за да ги применат овие планови во пракса.
Индустријата има искусни празнини во вештините од производствени работилници до инженерски лаборатории - овие празнини само ќе се прошират како што расте хиперсоничниот пазар.Новите технологии бараат нова работна сила за да го прошири знаењето во областа.
Хиперсоничната работа опфаќа неколку различни клучни области од различни материјали и структури, и секоја област има свој сет на технички предизвици.Тие бараат високо ниво на детално знаење, а доколку не постои потребната експертиза, тоа може да создаде пречки за развој и производство.Ако немаме доволно луѓе да ја одржуваат работата, ќе биде невозможно да се држиме во чекор со побарувачката за производство со голема брзина.
На пример, ни требаат луѓе кои можат да го изградат финалниот производ.UCAH и другите конзорциуми се од суштинско значење за да се промовира модерното производство и да се осигури дека се вклучени студентите заинтересирани за улогата на производството.Преку вкрстено функционални напори за развој на посветена работна сила, индустријата ќе може да одржи конкурентна предност во плановите за хиперсонични летови во следните неколку години.
Со основањето на UCAH, Министерството за одбрана создава можност за усвојување пофокусиран пристап за градење способности во оваа област.Сите членки на коалицијата мора да работат заедно за да ги обучат ниските способности на студентите за да можеме да го изградиме и одржиме моментумот на истражување и да го прошириме за да ги произведеме резултатите што и се потребни на нашата земја.
Сега затворената NASA Advanced Composites Alliance е пример за успешен напор за развој на работната сила.Неговата ефективност е резултат на комбинирање на работата за истражување и развој со индустриските интереси, што овозможува иновациите да се прошират низ развојниот екосистем.Лидерите на индустријата работеа директно со НАСА и универзитетите на проекти две до четири години.Сите членови развија професионално знаење и искуство, научија да соработуваат во неконкурентна средина и ги негуваа студентите од колеџ да се развиваат за да ги негуваат клучните играчи во индустријата во иднина.
Овој тип на развој на работната сила ги пополнува празнините во индустријата и им дава можности на малите бизниси брзо да иновираат и да го диверзифицираат полето за да постигнат понатамошен раст што придонесува за иницијативите за националната безбедност и економската безбедност на САД.
Универзитетските сојузи вклучително и UCAH се важни средства во хиперсоничното поле и одбранбената индустрија.Иако нивното истражување промовираше нови иновации, нивната најголема вредност лежи во нивната способност да ја обучуваат нашата следна генерација на работна сила.Конзорциумот сега треба да даде приоритет на инвестициите во такви планови.Со тоа, тие можат да помогнат да се поттикне долгорочниот успех на хиперсоничната иновација.
About the author: Kim Caldwell leads Spirit AeroSystems’ R&D program as a senior manager of portfolio strategy and collaborative R&D. In her role, Caldwell also manages relationships with defense and government organizations, universities, and original equipment manufacturers to further develop strategic initiatives to develop technologies that drive growth. You can contact her at kimberly.a.caldwell@spiritaero.com.
Производителите на сложени, високо конструирани производи (како што се компоненти за авиони) се посветени на совршенство секој пат.Нема простор за маневрирање.
Бидејќи производството на авиони е исклучително сложено, производителите мора внимателно да управуваат со процесот на квалитет, посветувајќи големо внимание на секој чекор.Ова бара длабинско разбирање за тоа како да се управува и прилагоди на динамичното производство, квалитетот, безбедноста и проблемите со синџирот на снабдување додека ги исполнувате регулаторните барања.
Бидејќи многу фактори влијаат на испораката на производи со висок квалитет, тешко е да се управуваат сложените и често променливи нарачки за производство.Процесот на квалитет мора да биде динамичен во секој аспект на инспекцијата и дизајнот, производството и тестирањето.Благодарение на стратегиите Industry 4.0 и модерните производствени решенија, овие предизвици за квалитет станаа полесни за управување и надминување.
Традиционалниот фокус на производството на авиони отсекогаш бил на материјалите.Изворот на повеќето проблеми со квалитетот може да биде кршлива фрактура, корозија, метален замор или други фактори.Сепак, денешното производство на авиони вклучува напредни, високо конструирани технологии кои користат отпорни материјали.Создавањето производ користи високо специјализирани и сложени процеси и електронски системи.Софтверските решенија за управување со општи операции можеби веќе нема да можат да решаваат исклучително сложени проблеми.
Покомплексните делови може да се купат од глобалниот синџир на снабдување, па затоа мора да се посвети поголемо внимание на нивното интегрирање во текот на процесот на склопување.Неизвесноста носи нови предизвици за видливоста на синџирот на снабдување и управувањето со квалитетот.Обезбедувањето квалитет на толку многу делови и готови производи бара подобри и поинтегрирани методи за квалитет.
Индустрија 4.0 го претставува развојот на преработувачката индустрија и потребни се сè понапредни технологии за да се исполнат строгите барања за квалитет.Технологиите за поддршка вклучуваат индустриски Интернет на нештата (IIoT), дигитални нишки, зголемена реалност (AR) и предвидлива аналитика.
Квалитет 4.0 опишува метод за квалитет на производствениот процес управуван од податоци кој вклучува производи, процеси, планирање, усогласеност и стандарди.Тој е изграден на наместо да ги заменува традиционалните методи за квалитет, користејќи многу исти нови технологии како неговите индустриски колеги, вклучувајќи машинско учење, поврзани уреди, облак компјутери и дигитални близнаци за да го трансформира работниот тек на организацијата и да ги елиминира можните дефекти на производи или процеси.Појавата на Quality 4.0 се очекува дополнително да ја промени културата на работното место со зголемување на потпирањето на податоците и подлабоко користење на квалитетот како дел од севкупниот метод на создавање производ.
Quality 4.0 ги интегрира оперативните прашања и прашањата за обезбедување квалитет (QA) од почетокот до фазата на дизајнирање.Ова вклучува како да се конципираат и дизајнираат производите.Резултатите од неодамнешното истражување на индустријата покажуваат дека повеќето пазари немаат автоматизиран процес на пренос на дизајн.Рачниот процес остава простор за грешки, без разлика дали се работи за внатрешна грешка или комуникација дизајн и промени во синџирот на снабдување.
Покрај дизајнот, Quality 4.0 користи и машинско учење фокусирано на процесот за да го намали отпадот, да ја намали преработката и да ги оптимизира производните параметри.Покрај тоа, тој, исто така, ги решава проблемите со перформансите на производот по испораката, користи повратни информации на локацијата за далечинско ажурирање на софтверот на производот, го одржува задоволството на клиентите и на крајот обезбедува повторување на работата.Станува неразделен партнер на Industry 4.0.
Сепак, квалитетот не е применлив само за избрани производни врски.Инклузивноста на Quality 4.0 може да всади сеопфатен пристап за квалитет во производствените организации, правејќи ја трансформативната моќ на податоците составен дел од корпоративното размислување.Усогласеноста на сите нивоа на организацијата придонесува за формирање на севкупна култура на квалитет.
Ниту еден производствен процес не може да работи совршено во 100% од времето.Промената на условите предизвикува непредвидени настани кои бараат санација.Оние кои имаат искуство во квалитетот разбираат дека се работи за процесот на движење кон совршенство.Како обезбедувате квалитетот да се вклучи во процесот за да се откријат проблемите што е можно порано?Што ќе направите кога ќе го откриете дефектот?Дали постојат надворешни фактори кои го предизвикуваат овој проблем?Какви промени можете да направите во планот за инспекција или во процедурата за тестирање за да спречите повторно појавување на овој проблем?
Воспоставете менталитет дека секој производствен процес има поврзан и поврзан процес на квалитет.Замислете иднина каде што има врска еден на еден и постојано мерете го квалитетот.Без разлика што се случува по случаен избор, може да се постигне совршен квалитет.Секој работен центар секојдневно ги прегледува индикаторите и клучните индикатори за перформанси (KPI) за да ги идентификува областите за подобрување пред да се појават проблеми.
Во овој затворен систем, секој производствен процес има заклучок за квалитет, кој обезбедува повратна информација за да се запре процесот, да се овозможи процесот да продолжи или да се направат прилагодувања во реално време.Системот не е под влијание на замор или човечка грешка.Систем за квалитет во затворен круг дизајниран за производство на авиони е суштински за да се постигнат повисоки нивоа на квалитет, да се скратат времињата на циклусот и да се обезбеди усогласеност со стандардите AS9100.
Пред десет години, идејата да се фокусира QA на дизајн на производи, истражување на пазарот, добавувачи, услуги на производи или други фактори кои влијаат на задоволството на клиентите беше невозможна.Се подразбира дека дизајнот на производот доаѓа од повисока власт;квалитетот е за извршување на овие дизајни на склопување, без оглед на нивните недостатоци.
Денес, многу компании размислуваат како да водат бизнис.Статус квото во 2018 година можеби повеќе нема да биде возможно.Сè повеќе производители стануваат попаметни и попаметни.Достапно е повеќе знаење, што значи подобра интелигенција за да се изгради вистинскиот производ на прв пат, со поголема ефикасност и перформанси.