Према СмарТецх-у, консултантској компанији за производне технологије, ваздухопловство је друга по величини индустрија коју опслужује адитивна производња (АМ), друга само за медицину.Међутим, још увек постоји недостатак свести о потенцијалу адитивне производње керамичких материјала у брзој производњи ваздухопловних компоненти, повећању флексибилности и исплативости.АМ може производити јаче и лакше керамичке делове брже и одрживије – смањујући трошкове рада, минимизирајући ручно склапање и побољшавајући ефикасност и перформансе кроз дизајн развијен моделирањем, чиме се смањује тежина авиона.Поред тога, керамичка технологија адитивне производње обезбеђује контролу димензија готових делова за карактеристике мање од 100 микрона.
Међутим, реч керамика може изазвати погрешно схватање крхкости.У ствари, адитиви произведена керамика производи лакше, финије делове са великом структурном чврстоћом, жилавошћу и отпорношћу на широк температурни опсег.Компаније које гледају у будућност се окрећу компонентама за производњу керамике, укључујући млазнице и пропелере, електричне изолаторе и лопатице турбина.
На пример, глиница високе чистоће има високу тврдоћу и јаку отпорност на корозију и температурни опсег.Компоненте направљене од глинице су такође електрично изолационе на високим температурама уобичајеним у ваздухопловним системима.
Керамика заснована на цирконијуму може задовољити многе примене са екстремним захтевима за материјалима и високим механичким напрезањем, као што су врхунски метални калупи, вентили и лежајеви.Керамика од силицијум нитрида има високу чврстоћу, високу жилавост и одличну отпорност на топлотни удар, као и добру хемијску отпорност на корозију разних киселина, алкалија и растопљених метала.Силицијум нитрид се користи за изолаторе, импелере и високотемпературне нискодиелектричне антене.
Композитна керамика пружа неколико пожељних квалитета.Керамика на бази силицијума са додатком глинице и циркона показала се добром у производњи монокристалних одливака за лопатице турбина.То је зато што керамичко језгро направљено од овог материјала има веома ниску топлотну експанзију до 1500°Ц, високу порозност, одличан квалитет површине и добру способност цурења.Штампање ових језгара може произвести дизајн турбина који може да издржи више радне температуре и повећа ефикасност мотора.
Добро је познато да је бризгање или обрада керамике веома тешка, а машинска обрада омогућава ограничен приступ компонентама које се производе.Карактеристике као што су танки зидови такође се тешко обрађују.
Међутим, Литхоз користи производњу керамике засновану на литографији (ЛЦМ) за производњу прецизних, сложених 3Д керамичких компоненти.
Почевши од ЦАД модела, детаљне спецификације се дигитално преносе на 3Д штампач.Затим нанесите прецизно формулисани керамички прах на врх провидне бачве.Покретна конструкцијска платформа је уроњена у блато и затим селективно изложена видљивој светлости одоздо.Слика слоја се генерише помоћу дигиталног микро-огледала (ДМД) у комбинацији са пројекционим системом.Понављањем овог процеса, тродимензионални зелени део се може генерисати слој по слој.Након термичке накнадне обраде, везиво се уклања и зелени делови се синтерују-комбинују посебним процесом загревања-да би се добио потпуно густ керамички део са одличним механичким својствима и квалитетом површине.
ЛЦМ технологија обезбеђује иновативан, исплатив и бржи процес за ливење компоненти турбинског мотора заобилазећи скупу и напорну производњу калупа која је потребна за бризгање и ливење у воску.
ЛЦМ такође може да постигне дизајн који се не може постићи другим методама, док користи много мање сировина од других метода.
Упркос великом потенцијалу керамичких материјала и ЛЦМ технологије, још увек постоји јаз између произвођача оригиналне АМ опреме (ОЕМ) и дизајнера ваздухопловства.
Један од разлога може бити отпор према новим методама производње у индустријама са посебно строгим захтевима за безбедност и квалитет.Производња ваздухопловства захтева много процеса верификације и квалификације, као и темељно и ригорозно тестирање.
Још једна препрека укључује уверење да је 3Д штампа углавном погодна само за једнократно брзо прављење прототипа, а не било шта што се може ставити у употребу у ваздуху.Опет, ово је неспоразум, а доказано је да се 3Д штампане керамичке компоненте користе у масовној производњи.
Пример је производња турбинских лопатица, где АМ керамички процес производи језгра од монокристала (СКС), као и лопатице турбина од суперлегуре за усмерено очвршћавање (ДС) и ливење са равноправним ливењем (ЕКС).Језгра са сложеним гранастим структурама, вишеструким зидовима и задњим ивицама мањим од 200 μм могу се произвести брзо и економично, а финалне компоненте имају конзистентну тачност димензија и одличну завршну обраду.
Побољшање комуникације може да окупи дизајнере ваздухопловства и АМ ОЕМ произвођаче и потпуно верује керамичким компонентама произведеним коришћењем ЛЦМ и других технологија.Технологија и стручност постоје.Мора да промени начин размишљања од АМ за истраживање и развој и израду прототипа и да то види као пут напред за велике комерцијалне апликације.
Поред образовања, ваздухопловне компаније такође могу да уложе време у особље, инжењеринг и тестирање.Произвођачи морају бити упознати са различитим стандардима и методама за оцењивање керамике, а не метала.На пример, Литхоз-ова два кључна АСТМ стандарда за структурну керамику су АСТМ Ц1161 за испитивање чврстоће и АСТМ Ц1421 за испитивање жилавости.Ови стандарди се односе на керамику произведену свим методама.У производњи керамичких адитива, корак штампања је само метода формирања, а делови се подвргавају истој врсти синтеровања као и традиционална керамика.Због тога ће микроструктура керамичких делова бити веома слична конвенционалној машинској обради.
На основу континуираног напретка материјала и технологије, можемо са сигурношћу рећи да ће дизајнери добити више података.Нови керамички материјали ће се развијати и прилагођавати према специфичним инжењерским потребама.Делови направљени од АМ керамике ће завршити процес сертификације за употребу у ваздухопловству.И обезбедиће боље алате за дизајн, као што је побољшани софтвер за моделирање.
Сарадњом са ЛЦМ техничким стручњацима, авио компаније могу да уведу АМ керамичке процесе интерно скраћујући време, смањујући трошкове и стварајући могућности за развој сопствене интелектуалне својине компаније.Са предвиђањем и дугорочним планирањем, ваздухопловне компаније које улажу у керамичку технологију могу остварити значајне предности у свом целокупном производном портфељу у наредних десет година и касније.
Успостављањем партнерства са АМ Церамицс, произвођачи оригиналне опреме за ваздухопловство ће производити компоненте које су раније биле незамисливе.
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 ће говорити о потешкоћама ефикасног преношења предности производње керамичких адитива на сајму Церамицс Екпо у Кливленду, Охајо, 1. септембра 2021.
Иако развој хиперсоничних система летења постоји деценијама, сада је постао главни приоритет америчке националне одбране, доводећи ову област у стање брзог раста и промена.Као јединствена мултидисциплинарна област, изазов је пронаћи стручњаке са неопходним вештинама за промовисање њеног развоја.Међутим, када нема довољно стручњака, то ствара јаз у иновацијама, као што је стављање дизајна за производност (ДФМ) прво у фазу истраживања и развоја, а затим претварање у производни јаз када је прекасно да се изврше исплативе промене.
Савези, као што је новооснована Универзитетска алијанса за примењену хиперсонику (УЦАХ), пружају важно окружење за култивисање талената потребних за унапређење ове области.Студенти могу да раде директно са универзитетским истраживачима и професионалцима из индустрије како би развили технологију и унапредили критична хиперсонична истраживања.
Иако су УЦАХ и други одбрамбени конзорцијуми овластили чланове да се ангажују у различитим инжењерским пословима, мора се урадити више на неговању различитих и искусних талената, од дизајна до развоја материјала и одабира до производних радионица.
Да би се обезбедила трајнија вредност у овој области, универзитетска алијанса мора да учини развој радне снаге приоритетом тако што ће се ускладити са потребама индустрије, укључити чланове у истраживања која су прикладна за индустрију и инвестирати у програм.
Приликом трансформације хиперсоничне технологије у велике продуктивне пројекте, постојећи јаз у инжењерингу и производној радној способности је највећи изазов.Ако рано истраживање не пређе ову прикладно названу долину смрти – јаз између истраживања и развоја и производње и многи амбициозни пројекти су пропали – онда смо изгубили применљиво и изводљиво решење.
Америчка производна индустрија може убрзати суперсоничну брзину, али ризик од заостајања је повећање величине радне снаге како би се ускладила.Стога, влада и универзитетски развојни конзорцијуми морају да сарађују са произвођачима како би ове планове спровели у дело.
Индустрија је искусила недостатке у вештинама од производних радионица до инжењерских лабораторија - ови празнини ће се само повећавати како хиперсонично тржиште буде расло.Технологије у настајању захтевају нову радну снагу за проширење знања у овој области.
Хиперсонични рад обухвата неколико различитих кључних области различитих материјала и структура, а свака област има свој скуп техничких изазова.Они захтевају висок ниво детаљног знања, а ако не постоји потребна стручност, то може створити препреке развоју и производњи.Ако немамо довољно људи за одржавање посла, биће немогуће пратити потражњу за брзом производњом.
На пример, потребни су нам људи који могу да направе коначни производ.УЦАХ и други конзорцијуми су од суштинског значаја за промовисање модерне производње и обезбеђивање укључивања студената заинтересованих за улогу производње.Кроз вишефункционалне посвећене напоре за развој радне снаге, индустрија ће моћи да одржи конкурентску предност у плановима хиперсоничних летова у наредних неколико година.
Оснивањем УЦАХ, Министарство одбране ствара прилику да усвоји фокусиранији приступ изградњи способности у овој области.Сви чланови коалиције морају да раде заједно на обучавању студентских нишних способности како бисмо могли да изградимо и одржимо замах истраживања и да га проширимо како бисмо произвели резултате потребне нашој земљи.
Сада затворена НАСА Адванцед Цомпоситес Аллианце је пример успешног развоја радне снаге.Његова ефикасност је резултат комбиновања истраживања и развоја са интересима индустрије, што омогућава да се иновације прошире кроз развојни екосистем.Лидери индустрије су радили директно са НАСА-ом и универзитетима на пројектима две до четири године.Сви чланови су развили професионално знање и искуство, научили да сарађују у неконкурентном окружењу и подстицали студенте да се развијају како би неговали кључне играче у индустрији у будућности.
Ова врста развоја радне снаге попуњава празнине у индустрији и пружа могућности малим предузећима да брзо иновирају и диверзификују област како би постигли даљи раст који доприноси иницијативама националне безбедности и економске безбедности САД.
Универзитетски савези, укључујући УЦАХ, су важна средства у хиперсоничној области и одбрамбеној индустрији.Иако су њихова истраживања промовисала нове иновације, њихова највећа вредност лежи у њиховој способности да обуче нашу следећу генерацију радне снаге.Конзорцијум сада треба да одреди приоритет улагања у такве планове.На тај начин они могу помоћи у подстицању дугорочног успеха хиперсоничних 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.
Произвођачи сложених, високо конструисаних производа (као што су компоненте авиона) сваки пут су посвећени савршенству.Нема маневарског простора.
Пошто је производња авиона изузетно сложена, произвођачи морају пажљиво да управљају процесом квалитета, обраћајући велику пажњу на сваки корак.Ово захтева дубинско разумевање начина управљања и прилагођавања динамичној производњи, квалитету, безбедности и питањима ланца снабдевања уз испуњавање регулаторних захтева.
Пошто многи фактори утичу на испоруку висококвалитетних производа, тешко је управљати сложеним и често променљивим производним налозима.Процес квалитета мора бити динамичан у сваком аспекту инспекције и дизајна, производње и тестирања.Захваљујући стратегијама Индустрије 4.0 и савременим производним решењима, овим изазовима квалитета постало је лакше управљати и превазићи их.
Традиционални фокус производње авиона је увек био на материјалима.Извор већине проблема са квалитетом може бити крхки лом, корозија, замор метала или други фактори.Међутим, данашња производња авиона укључује напредне, високо конструисане технологије које користе отпорне материјале.Креирање производа користи високо специјализоване и сложене процесе и електронске системе.Софтверска решења за опште оперативно управљање можда више неће моћи да реше изузетно сложене проблеме.
Сложенији делови се могу купити из глобалног ланца снабдевања, тако да се мора посветити више пажње њиховој интеграцији током процеса монтаже.Неизвесност доноси нове изазове за видљивост ланца снабдевања и управљање квалитетом.Обезбеђивање квалитета толиког броја делова и готових производа захтева боље и интегрисаније методе квалитета.
Индустрија 4.0 представља развој прерађивачке индустрије и потребне су све напредније технологије да би се испунили строги захтеви квалитета.Технологије подршке укључују индустријски интернет ствари (ИИоТ), дигиталне нити, проширену стварност (АР) и предиктивну аналитику.
Квалитет 4.0 описује метод квалитета производног процеса заснован на подацима који укључује производе, процесе, планирање, усклађеност и стандарде.Изграђен је на уместо да замењује традиционалне методе квалитета, користећи многе од истих нових технологија као и његове индустријске колеге, укључујући машинско учење, повезане уређаје, рачунарство у облаку и дигиталне близанце да трансформише радни ток организације и елиминише могуће недостатке производа или процеса.Очекује се да ће појава квалитета 4.0 додатно променити културу радног места повећањем ослањања на податке и дубљом употребом квалитета као дела опште методе креирања производа.
Квалитет 4.0 интегрише оперативна питања и питања осигурања квалитета (КА) од почетка до фазе пројектовања.Ово укључује како концептуализовати и дизајнирати производе.Недавни резултати истраживања индустрије показују да већина тржишта нема аутоматизован процес преноса дизајна.Ручни процес оставља простор за грешке, било да се ради о интерној грешци или комуникацији дизајна и промена у ланцу снабдевања.
Поред дизајна, Куалити 4.0 такође користи машинско учење усмерено на процесе како би смањио отпад, смањио прераду и оптимизовао производне параметре.Поред тога, такође решава проблеме са перформансама производа након испоруке, користи повратне информације на лицу места за даљинско ажурирање софтвера производа, одржава задовољство купаца и на крају обезбеђује поновљено пословање.Постаје нераздвојни партнер Индустрије 4.0.
Међутим, квалитет није применљив само на одабране производне везе.Инклузивност Куалити 4.0 може да унесе свеобухватан приступ квалитету у производне организације, чинећи трансформативну моћ података саставним делом корпоративног размишљања.Усклађеност на свим нивоима организације доприноси формирању укупне културе квалитета.
Ниједан производни процес не може да тече савршено у 100% времена.Промена услова изазива непредвиђене догађаје који захтевају санацију.Они који имају искуство у квалитету схватају да је све у процесу кретања ка савршенству.Како осигуравате да је квалитет укључен у процес да се проблеми открију што је раније могуће?Шта ћете учинити када пронађете недостатак?Постоје ли неки спољни фактори који узрокују овај проблем?Које измене можете да унесете у план инспекције или процедуру тестирања како бисте спречили да се овај проблем понови?
Успоставите менталитет да сваки производни процес има свој процес квалитета.Замислите будућност у којој постоји однос један на један и стално мерите квалитет.Без обзира шта се дешава насумично, може се постићи савршен квалитет.Сваки радни центар прегледа индикаторе и кључне индикаторе учинка (КПИ) на дневној бази како би идентификовао области за побољшање пре него што се појаве проблеми.
У овом систему затворене петље, сваки производни процес има закључак о квалитету, који даје повратне информације за заустављање процеса, омогућавање да се процес настави или прилагођавања у реалном времену.На систем не утичу умор или људска грешка.Систем квалитета затворене петље дизајниран за производњу авиона је од суштинског значаја за постизање виших нивоа квалитета, скраћивање времена циклуса и осигурање усклађености са стандардима АС9100.
Пре десет година, идеја да се КА фокусира на дизајн производа, истраживање тржишта, добављаче, услуге производа или друге факторе који утичу на задовољство купаца била је немогућа.Разуме се да дизајн производа долази од вишег ауторитета;квалитет је извођење ових дизајна на монтажној траци, без обзира на њихове недостатке.
Данас многе компаније преиспитују како да послују.Статус кво у 2018. можда више неће бити могућ.Све више произвођача постаје све паметније и паметније.Више знања је доступно, што значи бољу интелигенцију за прављење правог производа по први пут, са већом ефикасношћу и перформансама.