Според „СмарТек“, консултантска компанија за производствена технологија, воздухопловната индустрија е втора по големина индустрија опслужувана од адитивно производство (АМ), веднаш по медицината. Сепак, сè уште постои недостаток на свест за потенцијалот на адитивното производство на керамички материјали во брзото производство на воздухопловни компоненти, зголемената флексибилност и економичноста. АМ може да произведува посилни и полесни керамички делови побрзо и поодржливо - намалувајќи ги трошоците за работна сила, минимизирајќи го рачното склопување и подобрувајќи ја ефикасноста и перформансите преку дизајн развиен со моделирање, со што се намалува тежината на авионот. Покрај тоа, технологијата на адитивно производство на керамика 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 температурен опсег. Компаниите кои се насочени кон иднината се свртуваат кон компоненти за производство на керамика, вклучувајќи млазници и пропелери, електрични изолатори и лопатки на турбини.
На пример, алуминиумот со висока чистота има висока тврдост и силна отпорност на корозија и температурен опсег. Компонентите направени од алуминиум се исто така електрично изолирачки на високи температури вообичаени во воздухопловните системи.
Керамиката базирана на цирконија може да задоволи многу апликации со екстремни барања за материјали и висок механички стрес, како што се висококвалитетни метални лиења, вентили и лежишта. Силициум нитридната керамика има висока цврстина, висока цврстина и одлична отпорност на термички шок, како и добра хемиска отпорност на корозија од различни киселини, алкалии и стопени метали. Силициум нитридот се користи за изолатори, работни кола и нискодиелектрични антени на висока температура.
Композитната керамика обезбедува неколку посакувани квалитети. Керамиката на база на силициум, додадена со алумина и циркон, се покажа како добра во производството на монокристални одлеаноци за лопатки на турбини. Ова е затоа што керамичкото јадро направено од овој материјал има многу ниска термичка експанзија до 1.500°C, висока порозност, одличен квалитет на површината и добра способност за процедување. 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 лиењето со инјектирање или машинската обработка на керамиката е многу тешко, а машинската обработка овозможува ограничен пристап до компонентите што се произведуваат. Карактеристики како што се тенките ѕидови се исто така тешки за машинска обработка.
Сепак, Литоз користи производство на керамика (LCM) базирано на литографија за производство на прецизни, комплексно обликувани 3D керамички компоненти.
Почнувајќи од CAD моделот, деталните спецификации се дигитално префрлени на 3D печатачот. Потоа, прецизно формулиран керамички прав се нанесува на врвот од проѕирниот сад. Подвижната конструкциска платформа се потопува во калта, а потоа селективно се изложува на видлива светлина одоздола. Сликата од слој се генерира со дигитален уред за микроогледало (DMD) поврзан со системот за проекција. Со повторување на овој процес, може да се генерира тродимензионален зелен дел слој по слој. По термичката пост-третман, врзивното средство се отстранува и зелените делови се синтеруваат - се комбинираат со посебен процес на загревање - за да се произведе целосно густ керамички дел со одлични механички својства и квалитет на површината.
Технологијата LCM обезбедува иновативен, економичен и побрз процес за инвестициско леење на компоненти на турбински мотор - заобиколувајќи го скапото и макотрпно производство на калапи потребно за лиење со инјектирање и леење со изгубен восок.
LCM исто така може да постигне дизајни што не можат да се постигнат со други методи, а притоа да 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 (OEM) за AM и дизајнерите на воздухопловството.
Една од причините може да биде отпорот кон новите методи на производство во индустриите со особено строги барања за безбедност и квалитет. Аерокосмичкото производство бара многу процеси на верификација и квалификација, како и темелно и ригорозно тестирање.
Друга пречка е верувањето дека 3D печатењето е главно погодно само за еднократно брзо прототипирање, а не за нешто што може да се стави во употреба во воздух. Повторно, ова е недоразбирање, а докажано е дека 3D печатените керамички компоненти се користат во масовно производство.
Пример е производството на турбински лопатки, каде што AM керамичкиот процес произведува јадра од монокристал (SX), како и турбински лопатки од суперлегура со насочено стврднување (DS) и еквиоксално леење (EX). Јадрата со сложени гранкови структури, повеќекратни ѕидови и задни рабови помали од 200 μm можат да се произведуваат брзо и економично, а финалните компоненти имаат конзистентна димензионална точност и одлична завршна обработка на површината.
Подобрувањето на комуникацијата може да ги зближи дизајнерите на воздухопловството и производителите на оригинална опрема за управување со апликации (AM) и целосно да им верува на керамичките компоненти произведени со употреба на LCM и други технологии. Технологијата и експертизата постојат. Треба да се промени начинот на размислување од AM кон истражување и развој и прототипирање, и да се гледа на тоа како пат напред за комерцијални апликации во голем обем.
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 цврстина и ASTM C1421 за тестирање на цврстина. Овие стандарди се однесуваат на керамика произведена со сите методи. Во адитивното производство на керамика, чекорот на печатење е само метод на обликување, а деловите се подложени на ист тип на синтерување како и традиционалната керамика. Затоа, микроструктурата на керамичките делови ќе биде многу слична на конвенционалната машинска обработка.
Врз основа на континуираниот напредок на материјалите и технологијата, со сигурност можеме да кажеме дека дизајнерите ќе добијат повеќе податоци. Ќе се развиваат нови керамички материјали и ќе се прилагодуваат според специфичните инженерски потреби. Деловите направени од AM керамика ќе го завршат процесот на сертификација за употреба во воздухопловството. И ќе обезбедат подобри алатки за дизајн, како што е подобрен софтвер за моделирање.
Со соработка со технички експерти за LCM, воздухопловните компании можат интерно да воведат процеси на AM керамика - скратувајќи го времето, намалувајќи ги трошоците и создавајќи можности за развој на сопствената интелектуална сопственост на компанијата. Со предвидливост и долгорочно планирање, воздухопловните компании кои инвестираат во керамичка технологија можат да остварат значителни придобивки во целото свое производствено портфолио во следните десет години и понатаму.
Со воспоставување партнерство со AM Ceramics, производителите на оригинална опрема во воздухопловството ќе произведуваат компоненти што претходно беа 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 при ефикасното комуницирање на предностите од производството на керамички адитиви на Саемот за керамика во Кливленд, Охајо, на 1 септември 2021 година.
Иако развојот на хиперсонични системи за летање постои со децении, тој сега стана врвен приоритет на националната одбрана на САД, доведувајќи ја оваа област во состојба на брз раст и промени. Како единствена мултидисциплинарна област, предизвикот е да се пронајдат експерти со потребните вештини за да се промовира нејзиниот развој. Меѓутоа, кога нема доволно експерти, се создава иновативен јаз, како што е ставањето на дизајнот за производство (DFM) прво во фазата на истражување и развој, а потоа претворањето во производствен јаз кога е предоцна за правење економични промени.
Сојузите, како што е новоформираната Универзитетска алијанса за применета хиперсоника (UCAH), обезбедуваат важна средина за развивање на талентите потребни за унапредување на областа. Студентите можат директно да работат со универзитетски истражувачи и индустриски професионалци за да развијат технологија и да ги унапредат критичните хиперсонични истражувања.
Иако UCAH и други одбранбени конзорциуми им овластија на членовите да се вклучат во различни инженерски работни места, мора да се работи повеќе за да се развијат разновидни и искусни таленти, од дизајн до развој и селекција на материјали, па сè до производствени работилници.
За да се обезбеди потрајна вредност во оваа област, универзитетскиот сојуз мора да го направи развојот на работната сила приоритет преку усогласување со потребите на индустријата, вклучување на членовите во истражувања соодветни на индустријата и инвестирање во програмата.
При трансформирање на хиперсоничната технологија во големи производствени проекти, постојниот јаз во вештините на работната сила во инженерството и производството е најголемиот предизвик. Доколку раните истражувања не ја преминат оваа соодветно наречена долина на смртта - јазот помеѓу истражувањето и развојот и производството, а многу амбициозни проекти пропаднат - тогаш сме изгубиле применливо и изводливо решение.
Американската производствена индустрија може да ја забрза суперсоничната брзина, но ризикот од заостанување е зголемувањето на работната сила за да се совпадне со тоа. Затоа, владата и конзорциумите за развој на универзитетите мора да соработуваат со производителите за да ги спроведат овие планови во пракса.
Индустријата има недостатоци во вештините, од производствените работилници до инженерските лаборатории - овие недостатоци само ќе се продлабочат со растот на хиперсоничниот пазар. Новите технологии бараат нова работна сила за да се прошири знаењето во оваа област.
Хиперсоничните работи опфаќаат неколку различни клучни области на различни материјали и конструкции, а секоја област има свој сет на технички предизвици. Тие бараат високо ниво на детално знаење, а доколку не постои потребната експертиза, ова може да создаде пречки за развојот и производството. Доколку немаме доволно луѓе за да ја одржиме работата, ќе биде невозможно да се одржи чекор со побарувачката за брзо производство.
На пример, ни требаат луѓе кои можат да го изградат финалниот производ. UCAH и другите конзорциуми се од суштинско значење за промовирање на модерното производство и за обезбедување вклучување на студентите заинтересирани за улогата на производството. Преку меѓуфункционални посветени напори за развој на работна сила, индустријата ќе може да одржи конкурентска предност во плановите за хиперсонични летови во следните неколку години.
Со основањето на UCAH, Министерството за одбрана создава можност за усвојување на пофокусиран пристап кон градење капацитети во оваа област. Сите членови на коалицијата мора да работат заедно за да ги обучат специјализираните капацитети на студентите, за да можеме да го изградиме и одржиме моментумот на истражување и да го прошириме за да ги произведеме резултатите што ѝ се потребни на нашата земја.
Сега затворената Алијанса за напредни композити на НАСА е пример за успешен напор за развој на работна сила. Нејзината ефикасност е резултат на комбинирање на работата за истражување и развој со интересите на индустријата, што овозможува проширување на иновациите низ целиот екосистем за развој. Лидерите во индустријата работеа директно со НАСА и универзитетите на проекти од две до четири години. Сите членови развија професионално знаење и искуство, научија да соработуваат во неконкурентна средина и ги негуваа студентите да се развиваат за да ги негуваат клучните играчи во индустријата во иднина.
Овој вид на развој на работната сила ги пополнува празнините во индустријата и им обезбедува можности на малите бизниси брзо да воведуваат иновации и да ја диверзифицираат областа за да постигнат понатамошен раст што е поволен за иницијативите за национална безбедност и економска безбедност на САД.
Универзитетските сојузи, вклучувајќи го и UCAH, се важни средства во хиперсоничната област и одбранбената индустрија. Иако нивното истражување промовираше нови иновации, нивната најголема вредност лежи во нивната способност да ја обучат нашата следна генерација работна сила. Конзорциумот сега треба да даде приоритет на инвестициите во вакви планови. Со тоа, тие можат да помогнат во поттикнувањето на долгорочниот успех на хиперсоничните иновации.
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, високоинженерски 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 го управуваат процесот на квалитет, обрнувајќи големо внимание на секој чекор. Ова бара длабинско разбирање за тоа како да се управува и да се прилагодува на динамичните проблеми со производството, квалитетот, безбедноста и синџирот на снабдување, а воедно да се исполнат регулаторните барања.
Бидејќи многу фактори влијаат врз испораката на висококвалитетни производи, тешко е да се управува со сложени и често менувачки нарачки за производство. Процесот на квалитет мора да биде динамичен во секој аспект на инспекцијата и дизајнот, производството и тестирањето. Благодарение на стратегиите на Индустрија 4.0 и современите производствени решенија, овие предизвици со квалитетот 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 кршливо кршење, корозија, замор на металот или други фактори. Сепак, денешното производство на авиони вклучува напредни, високоинженерски технологии кои користат отпорни материјали. Создавањето производи користи високо специјализирани и сложени процеси и електронски системи. Општите софтверски решенија за управување со операции можеби повеќе нема да можат да решат исклучително сложени проблеми.
Посложени делови може да се купат од глобалниот синџир на снабдување, па затоа мора да се посвети поголемо внимание на нивното интегрирање низ целиот процес на склопување. Неизвесноста носи нови предизвици за видливоста на синџирот на снабдување и управувањето со квалитетот. Обезбедувањето на квалитетот на толку многу делови и готови производи бара подобри и поинтегрирани методи за квалитет.
Индустрија 4.0 го претставува развојот на производствената индустрија, а 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 врз, наместо да ги заменува традиционалните методи за квалитет, користејќи многу од истите нови технологии како и неговите индустриски еквиваленти, вклучувајќи машинско учење, поврзани уреди, cloud computing и дигитални близнаци за да го трансформира работниот тек на организацијата и да ги елиминира можните дефекти на производите или процесите. Се очекува појавата на Квалитет 4.0 дополнително да ја промени културата на работното место со зголемување на потпирањето на податоци и подлабока употреба на квалитетот како дел од целокупниот метод на креирање производи.
Квалитет 4.0 ги интегрира оперативните прашања и прашањата за обезбедување квалитет (QA) од почетокот до фазата на дизајнирање. Ова вклучува и како да се концептуализираат и дизајнираат производите. Неодамнешните резултати од индустриските истражувања покажуваат дека повеќето пазари немаат автоматизиран процес на пренос на дизајн. Рачниот процес остава простор за грешки, без разлика дали станува збор за внатрешна грешка или за комуникација на дизајнот и промените во синџирот на снабдување.
Покрај дизајнот, Квалитет 4.0 користи и машинско учење центрирано на процеси за намалување на отпадот, намалување на преработката и оптимизирање на параметрите на производството. Покрај тоа, тој исто така решава проблеми со перформансите на производот по испораката, користи повратни информации на лице место за далечинско ажурирање на софтверот на производот, го одржува задоволството на клиентите и на крајот обезбедува повторен бизнис. Станува неразделен партнер на Индустрија 4.0.
Сепак, квалитетот не е применлив само за одбрани производствени врски. Инклузивноста на Квалитет 4.0 може да всади сеопфатен пристап кон квалитетот во производствените организации, правејќи ја трансформативната моќ на податоците составен дел од корпоративното размислување. Усогласеноста на сите нивоа на организацијата придонесува за формирање на целокупна култура на квалитет.
Ниту еден производствен процес не може да се одвива совршено во 100% од времето. Промените на условите предизвикуваат непредвидени настани што бараат санација. Оние кои имаат искуство во квалитетот разбираат дека сè е во процесот на движење кон совршенство. Како се осигурувате дека квалитетот е вклучен во процесот за откривање на проблеми што е можно порано? Што ќе направите кога ќе го откриете дефектот? Дали постојат надворешни фактори што го предизвикуваат овој проблем? Кои промени можете да ги направите во планот за инспекција или постапката за тестирање за да спречите повторно да се случи овој проблем?
Воспоставете менталитет дека секој производствен процес има поврзан и поврзан процес на квалитет. Замислете иднина каде што постои однос еден-на-еден и постојано мерете го квалитетот. Без разлика што се случува случајно, може да се постигне совршен квалитет. Секој работен центар ги прегледува индикаторите и клучните индикатори за перформанси (KPI) на дневна основа за да идентификува области за подобрување пред да се појават проблеми.
Во овој систем со затворен циклус, секој производствен процес има инференција за квалитет, која обезбедува повратни информации за запирање на процесот, дозволување на процесот да продолжи или правење прилагодувања во реално време. Системот не е засегнат од замор или човечка грешка. Системот за квалитет со затворен циклус дизајниран за производство на воздухоплови е од суштинско значење за постигнување повисоки нивоа на квалитет, скратување на времето на циклусите и обезбедување усогласеност со стандардите AS9100.
Пред десет години, идејата за фокусирање на контролата на квалитетот на производот врз дизајнот на производот, истражувањето на пазарот, добавувачите, услугите за производи или други фактори што влијаат на задоволството на клиентите беше невозможна. Се смета дека дизајнот на производот доаѓа од повисок авторитет; квалитетот е извршување на овие дизајни на производна линија, без оглед на нивните недостатоци.
Денес, многу компании размислуваат повторно како да водат бизнис. Статус квото во 2018 година можеби повеќе не е можно. Сè повеќе производители стануваат сè попаметни и попаметни. Достапно е повеќе знаење, што значи подобра интелигенција за да се изгради вистинскиот производ од прв пат, со поголема ефикасност и перформанси.