Па дадзеных SmarTech, кансалтынгавай кампаніі па вытворчых тэхналогіях, аэракасмічная прамысловасць з'яўляецца другой па велічыні галіной, якая абслугоўваецца адытыўнай вытворчасцю (AM), саступаючы толькі медыцыне.Аднак па-ранейшаму недастаткова ўсведамленне патэнцыялу адытыўнай вытворчасці керамічных матэрыялаў для хуткага вырабу аэракасмічных кампанентаў, павышэння гнуткасці і эканамічнай эфектыўнасці.AM можа вырабляць больш трывалыя і лёгкія керамічныя дэталі хутчэй і больш устойліва, зніжаючы выдаткі на працоўную сілу, зводзячы да мінімуму ручную зборку і паляпшаючы эфектыўнасць і прадукцыйнасць за кошт дызайну, распрацаванага шляхам мадэлявання, тым самым зніжаючы вагу самалёта.Акрамя таго, керамічная тэхналогія адытыўнага вытворчасці забяспечвае кантроль памераў гатовых дэталяў на дэталі менш за 100 мікрон.
Аднак слова кераміка можа выклікаць памылковае ўяўленне аб далікатнасці.Фактычна вырабленая з дапамогай дабавак кераміка вырабляе больш лёгкія, тонкія дэталі з вялікай структурнай трываласцю, трываласцю і ўстойлівасцю да шырокага дыяпазону тэмператур.Перспектыўныя кампаніі звяртаюцца да вытворчасці керамічных кампанентаў, уключаючы сопла і прапелеры, электрычныя ізалятары і лопасці турбін.
Напрыклад, аксід алюмінія высокай чысціні мае высокую цвёрдасць, моцную каразійную ўстойлівасць і тэмпературны дыяпазон.Кампаненты, зробленыя з аксіду алюмінія, таксама з'яўляюцца электраізаляцыйнымі пры высокіх тэмпературах, распаўсюджаных у аэракасмічных сістэмах.
Кераміка на аснове цырконія можа адпавядаць многім прымяненням з экстрэмальнымі патрабаваннямі да матэрыялаў і высокай механічнай нагрузкай, напрыклад, высакакласныя металічныя ліцця, клапаны і падшыпнікі.Кераміка з нітрыду крэмнію валодае высокай трываласцю, высокай трываласцю і выдатнай устойлівасцю да тэрмічнага ўдару, а таксама добрай хімічнай устойлівасцю да карозіі розных кіслот, шчолачаў і расплаўленых металаў.Нітрыд крэмнія выкарыстоўваецца для ізалятараў, крыльчатак і высокатэмпературных антэн з нізкім дыэлектрыкам.
Кампазітная кераміка забяспечвае некалькі жаданых якасцей.Кераміка на аснове крэмнію з даданнем гліназёму і цыркону добра зарэкамендавала сябе пры вытворчасці монакрысталічных адлівак для лапатак турбін.Гэта таму, што керамічны стрыжань з гэтага матэрыялу мае вельмі нізкае цеплавое пашырэнне да 1500°C, высокую сітаватасць, выдатную якасць паверхні і добрую здольнасць да вымывання.Друк гэтых стрыжняў можа вырабляць канструкцыі турбін, якія могуць вытрымліваць больш высокія працоўныя тэмпературы і павялічваць эфектыўнасць рухавіка.
Агульнавядома, што ліццё пад ціскам або механічная апрацоўка керамікі вельмі складаная, а механічная апрацоўка забяспечвае абмежаваны доступ да кампанентаў, якія вырабляюцца.Такія элементы, як тонкія сценкі, таксама цяжка апрацаваць.
Тым не менш, Lithoz выкарыстоўвае вытворчасць керамікі на аснове літаграфіі (LCM) для вытворчасці дакладных трохмерных керамічных кампанентаў складанай формы.
Пачынаючы з мадэлі САПР, падрабязныя характарыстыкі перадаюцца ў лічбавым выглядзе на 3D-прынтар.Затым вырабіце дакладна распрацаваны керамічны парашок на верх празрыстай ванны.Рухомая будаўнічая платформа апускаецца ў бруд, а затым выбарачна падвяргаецца бачнаму святлу знізу.Малюнак пласта ствараецца лічбавай мікралюстраной прыладай (DMD), злучанай з праекцыйнай сістэмай.Паўтараючы гэты працэс, трохмерная зялёная частка можа быць згенеравана пласт за пластом.Пасля тэрмічнай апрацоўкі звязальнае выдаляецца, а зялёныя дэталі спекаюцца - аб'ядноўваюцца з дапамогай спецыяльнага працэсу нагрэву - для атрымання цалкам шчыльнай керамічнай дэталі з выдатнымі механічнымі ўласцівасцямі і якасцю паверхні.
Тэхналогія LCM забяспечвае інавацыйны, эканамічна эфектыўны і больш хуткі працэс ліцця па выплавляемым мадэлям кампанентаў турбіннага рухавіка, абыходзячы дарагое і працаёмкае выраб формаў, неабходнае для ліцця пад ціскам і ліцця па выплаўленага воску.
LCM можа таксама дасягнуць канструкцый, якія не могуць быць дасягнуты іншымі метадамі, выкарыстоўваючы значна менш сыравіны, чым іншымі метадамі.
Нягледзячы на ​​вялікі патэнцыял керамічных матэрыялаў і тэхналогіі LCM, усё яшчэ існуе разрыў паміж вытворцамі арыгінальнага абсталявання AM (OEM) і аэракасмічнымі дызайнерамі.
Адной з прычын можа быць супраціўленне новым метадам вытворчасці ў галінах з асабліва строгімі патрабаваннямі да бяспекі і якасці.Аэракасмічная вытворчасць патрабуе мноства працэсаў праверкі і кваліфікацыі, а таксама дбайных і дбайных выпрабаванняў.
Іншая перашкода ўключае перакананне, што 3D-друк у асноўным падыходзіць толькі для аднаразовага хуткага прататыпавання, а не для ўсяго, што можна выкарыстоўваць у паветры.Зноў жа, гэта памылковае разуменне, і было даказана, што керамічныя кампаненты, надрукаваныя 3D, выкарыстоўваюцца ў масавай вытворчасці.
Прыкладам з'яўляецца вытворчасць турбінных лапатак, дзе керамічны працэс AM вырабляе монакрышталічныя (SX) стрыжні, а таксама накіраванае зацвярдзенне (DS) і раўнавосевае ліццё (EX) лопасці турбін з суперсплаву.Стрыжні са складанай разгалінаванай структурай, некалькімі сценкамі і заднімі кантамі менш за 200 мкм можна вырабляць хутка і эканамічна, а канчатковыя кампаненты маюць пастаянную дакладнасць памераў і выдатную аздабленне паверхні.
Паляпшэнне сувязі можа аб'яднаць аэракасмічных дызайнераў і вытворцаў камплектнага абсталявання і цалкам давяраць керамічным кампанентам, вырабленым з выкарыстаннем LCM і іншых тэхналогій.Тэхналогіі і вопыт існуюць.Ён павінен змяніць спосаб мыслення ад AM для даследаванняў і распрацовак і прататыпаў, і разглядаць гэта як шлях наперад для буйнамаштабных камерцыйных прыкладанняў.
У дадатак да адукацыі аэракасмічныя кампаніі могуць таксама ўкладваць час у персанал, інжынерыю і тэсціраванне.Вытворцы павінны быць знаёмыя з рознымі стандартамі і метадамі ацэнкі керамікі, а не металаў.Напрыклад, два ключавыя стандарты ASTM Lithoz для канструкцыйнай керамікі - гэта ASTM C1161 для выпрабаванняў на трываласць і ASTM C1421 для выпрабаванняў на трываласць.Гэтыя стандарты распаўсюджваюцца на кераміку, вырабленую ўсімі спосабамі.Пры вытворчасці керамічных дабавак этап друку - гэта проста метад фармавання, і дэталі падвяргаюцца таму ж тыпу спякання, што і традыцыйная кераміка.Такім чынам, мікраструктура керамічных дэталяў будзе вельмі падобная на звычайную апрацоўку.
Грунтуючыся на бесперапынным развіцці матэрыялаў і тэхналогій, мы можам з упэўненасцю сказаць, што дызайнеры атрымаюць больш дадзеных.Новыя керамічныя матэрыялы будуць распрацаваны і адаптаваны ў адпаведнасці з канкрэтнымі інжынернымі патрэбамі.Дэталі з керамікі AM завершаць працэс сертыфікацыі для выкарыстання ў касманаўтыцы.І забяспечыць лепшыя інструменты праектавання, такія як палепшанае праграмнае забеспячэнне для мадэлявання.
Супрацоўнічаючы з тэхнічнымі экспертамі LCM, аэракасмічныя кампаніі могуць укараняць унутраныя працэсы вырабу керамікі AM, скарачаючы час, зніжаючы выдаткі і ствараючы магчымасці для развіцця ўласнай інтэлектуальнай уласнасці кампаніі.З прадбачаннем і доўгатэрміновым планаваннем аэракасмічныя кампаніі, якія інвестуюць у керамічную тэхналогію, могуць атрымаць значныя перавагі ва ўсім сваім вытворчым партфелі ў бліжэйшыя дзесяць гадоў і далей.
Усталяваўшы партнёрства з AM Ceramics, вытворцы арыгінальнага аэракасмічнага абсталявання будуць вырабляць кампаненты, якія раней немагчыма было ўявіць.
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 раскажа аб цяжкасцях эфектыўнага паведамлення аб перавагах вытворчасці керамічных дабавак на Ceramics Expo ў Кліўлендзе, штат Агаё, 1 верасня 2021 г.
Хоць распрацоўка гіпергукавых палётных сістэм існавала дзесяцігоддзямі, цяпер яна стала галоўным прыярытэтам нацыянальнай абароны ЗША, што прывяло гэтую сферу ў стан хуткага росту і змяненняў.Як унікальная міждысцыплінарная вобласць, задача складаецца ў тым, каб знайсці экспертаў з неабходнымі навыкамі для садзейнічання яе развіццю.Аднак, калі не хапае экспертаў, гэта стварае інавацыйны разрыў, напрыклад, пастаўленне дызайну для тэхналагічнасці (DFM) спачатку на этапе даследаванняў і распрацовак, а потым ператвараецца ў вытворчы разрыў, калі ўносіць эканамічна эфектыўныя змены ўжо позна.
Альянсы, такія як нядаўна створаны Універсітэцкі альянс прыкладной гіпергукавой тэхнікі (UCAH), забяспечваюць важнае асяроддзе для развіцця талентаў, неабходных для прасоўвання ў гэтай галіне.Студэнты могуць працаваць непасрэдна з універсітэцкімі даследчыкамі і прафесіяналамі галіны для распрацоўкі тэхналогій і прасоўвання крытычных гіпергукавых даследаванняў.
Нягледзячы на ​​тое, што UCAH і іншыя абаронныя кансорцыумы дазволілі членам займацца рознымі інжынернымі работамі, трэба прыкласці больш намаганняў для выхавання разнастайных і дасведчаных талентаў, ад дызайну да распрацоўкі матэрыялаў і адбору да вытворчых цэхаў.
Для таго, каб забяспечыць больш працяглую каштоўнасць у гэтай галіне, універсітэцкі альянс павінен зрабіць развіццё працоўнай сілы прыярытэтам шляхам прывядзення ў адпаведнасць з патрэбамі галіны, прыцягнення членаў да галіновых даследаванняў і інвеставання ў праграму.
Пры пераўтварэнні гіпергукавай тэхналогіі ў буйнамаштабныя тэхналагічныя праекты існуючы разрыў у кваліфікацыі інжынерных і вытворчых кадраў з'яўляецца самай вялікай праблемай.Калі першыя даследаванні не перасякуць гэтую трапна названую даліну смерці — разрыў паміж НДДКР і вытворчасцю, і многія амбіцыйныя праекты праваліліся — тады мы страцілі прыдатнае і магчымае рашэнне.
Апрацоўчая прамысловасць ЗША можа паскорыць звышгукавую хуткасць, але рызыка адстаць заключаецца ў павелічэнні колькасці працоўнай сілы.Такім чынам, урад і кансорцыумы па развіцці універсітэтаў павінны супрацоўнічаць з вытворцамі, каб рэалізаваць гэтыя планы на практыцы.
Прамысловасць сутыкнулася з недахопам навыкаў ад вытворчых цэхаў да інжынерных лабараторый - гэтыя прабелы будуць толькі павялічвацца па меры росту гіпергукавага рынку.Новыя тэхналогіі патрабуюць новай працоўнай сілы для пашырэння ведаў у гэтай галіне.
Гіпергукавая праца ахоплівае некалькі розных ключавых абласцей з рознымі матэрыяламі і структурамі, і кожная вобласць мае свой уласны набор тэхнічных праблем.Яны патрабуюць высокага ўзроўню дэталёвых ведаў, і калі патрэбнага вопыту няма, гэта можа стварыць перашкоды для распрацоўкі і вытворчасці.Калі ў нас не будзе дастаткова людзей, каб падтрымліваць працу, немагчыма будзе задаволіць попыт на высакахуткасную вытворчасць.
Напрыклад, нам патрэбны людзі, якія могуць стварыць канчатковы прадукт.UCAH і іншыя кансорцыумы неабходныя для прасоўвання сучаснай вытворчасці і забеспячэння ўключэння студэнтаў, зацікаўленых у ролі вытворчасці.Дзякуючы крос-функцыянальным спецыялізаваным намаганням па развіцці працоўнай сілы, галіна зможа захаваць канкурэнтную перавагу ў плане гіпергукавых палётаў у бліжэйшыя некалькі гадоў.
Ствараючы UCAH, Міністэрства абароны стварае магчымасць прыняць больш мэтанакіраваны падыход да нарошчвання патэнцыялу ў гэтай галіне.Усе члены кааліцыі павінны працаваць разам, каб навучыць нішавыя магчымасці студэнтаў, каб мы маглі нарошчваць і падтрымліваць імпульс даследаванняў і пашыраць іх для атрымання вынікаў, неабходных нашай краіне.
Прыкладам паспяховых намаганняў па развіцці працоўнай сілы з'яўляецца зачынены цяпер NASA Advanced Composites Alliance.Яе эфектыўнасць з'яўляецца вынікам спалучэння навукова-даследчых работ з інтарэсамі галіны, што дазваляе інавацыям пашырацца ва ўсёй экасістэме распрацоўкі.Лідэры галіны працавалі непасрэдна з НАСА і універсітэтамі над праектамі на працягу двух-чатырох гадоў.Усе члены набылі прафесійныя веды і вопыт, навучыліся супрацоўнічаць у неканкурэнтным асяроддзі і выхоўвалі студэнтаў каледжа для развіцця, каб выхоўваць ключавых гульцоў галіны ў будучыні.
Такі тып развіцця працоўнай сілы запаўняе прабелы ў галіны і дае малым прадпрыемствам магчымасць хутка ўкараняць інавацыі і дыверсіфікаваць сферу для дасягнення далейшага росту, які спрыяе ініцыятывам у галіне нацыянальнай бяспекі і эканамічнай бяспекі ЗША.
Універсітэцкія альянсы, уключаючы UCAH, з'яўляюцца важнымі актывамі ў гіпергукавай галіне і абароннай прамысловасці.Нягледзячы на ​​​​тое, што іх даследаванні спрыялі з'яўленню новаўвядзенняў, іх найбольшая каштоўнасць заключаецца ў іх здольнасці навучаць наступнае пакаленне працоўнай сілы.Цяпер кансорцыуму неабходна вызначыць прыярытэты інвестыцый у такія планы.Паступаючы такім чынам, яны могуць спрыяць доўгатэрміноваму поспеху гіпергукавых інавацый.
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.
Вытворцы складанай высокатэхналагічнай прадукцыі (напрыклад, кампанентаў для самалётаў) кожны раз імкнуцца да дасканаласці.Прасторы для манеўру няма.
Паколькі вытворчасць самалётаў надзвычай складаная, вытворцы павінны ўважліва кіраваць працэсам якасці, надаючы вялікую ўвагу кожнаму кроку.Гэта патрабуе глыбокага разумення таго, як кіраваць дынамічнай вытворчасцю, якасцю, бяспекай і праблемамі ланцужкоў паставак і адаптавацца да іх, выконваючы нарматыўныя патрабаванні.
Паколькі на пастаўку высакаякаснай прадукцыі ўплывае мноства фактараў, складана кіраваць складанымі вытворчымі заказамі, якія часта мяняюцца.Працэс якасці павінен быць дынамічным ва ўсіх аспектах праверкі і праектавання, вытворчасці і выпрабаванняў.Дзякуючы стратэгіям Industry 4.0 і сучасным вытворчым рашэнням, гэтыя праблемы ў галіне якасці сталі лягчэй вырашаць і пераадольваць.
Традыцыйная ўвага пры вытворчасці самалётаў заўсёды была на матэрыялах.Крыніцай большасці праблем з якасцю можа быць далікатнае разбурэнне, карозія, стомленасць металу або іншыя фактары.Тым не менш, сённяшняя вытворчасць самалётаў уключае перадавыя высокатэхналагічныя тэхналогіі, якія выкарыстоўваюць устойлівыя матэрыялы.Стварэнне прадукту выкарыстоўвае вузкаспецыялізаваныя і складаныя працэсы і электронныя сістэмы.Праграмныя рашэнні для кіравання агульнымі аперацыямі больш не могуць вырашаць вельмі складаныя праблемы.
Больш складаныя дэталі можна набыць у глабальнай ланцужку паставак, таму неабходна больш увагі надаваць іх інтэграцыі на працягу ўсяго працэсу зборкі.Нявызначанасць стварае новыя праблемы для бачнасці ланцужкоў паставак і кіравання якасцю.Забеспячэнне якасці многіх дэталяў і гатовай прадукцыі патрабуе больш якасных і больш комплексных метадаў якасці.
Індустрыя 4.0 уяўляе сабой развіццё апрацоўчай прамысловасці, і для задавальнення строгіх патрабаванняў да якасці патрабуюцца ўсё новыя і новыя перадавыя тэхналогіі.Дапаможныя тэхналогіі ўключаюць прамысловы Інтэрнэт рэчаў (IIoT), лічбавыя патокі, дапоўненую рэальнасць (AR) і прагназуючую аналітыку.
Якасць 4.0 апісвае метад якасці вытворчага працэсу на аснове даных, які ўключае прадукты, працэсы, планаванне, адпаведнасць і стандарты.Ён пабудаваны на аснове, а не замены традыцыйных метадаў якасці, з выкарыстаннем многіх тых жа новых тэхналогій, што і яго прамысловыя аналогі, у тым ліку машыннага навучання, падлучаных прылад, воблачных вылічэнняў і лічбавых двайнікоў для трансфармацыі працоўнага працэсу арганізацыі і ліквідацыі магчымых дэфектаў прадуктаў і працэсаў.Чакаецца, што з'яўленне якасці 4.0 яшчэ больш зменіць культуру працоўнага месца за кошт павелічэння залежнасці ад даных і больш глыбокага выкарыстання якасці як часткі агульнага метаду стварэння прадукту.
Якасць 4.0 аб'ядноўвае пытанні эксплуатацыі і забеспячэння якасці (QA) ад пачатку да стадыі праектавання.Гэта ўключае ў сябе, як канцэптуалізаваць і дызайн прадуктаў.Вынікі апошніх галіновых даследаванняў паказваюць, што на большасці рынкаў няма аўтаматызаванага працэсу перадачы дызайну.Працэс уручную пакідае месца для памылак, незалежна ад таго, ці з'яўляецца гэта ўнутранай памылкай або камунікацыйнай канструкцыяй і зменамі ў ланцужку паставак.
У дадатак да дызайну, Quality 4.0 таксама выкарыстоўвае машыннае навучанне, арыентаванае на працэсы, для скарачэння адходаў, скарачэння колькасці паўторных работ і аптымізацыі вытворчых параметраў.Акрамя таго, ён таксама вырашае праблемы з прадукцыйнасцю прадукту пасля дастаўкі, выкарыстоўвае зваротную сувязь на месцы для дыстанцыйнага абнаўлення праграмнага забеспячэння прадукту, падтрымлівае задаволенасць кліентаў і, у канчатковым выніку, забяспечвае паўторнае абслугоўванне.Ён становіцца неад'емным партнёрам Індустрыі 4.0.
Аднак якасць датычыцца не толькі асобных вытворчых звёнаў.Інклюзіўнасць якасці 4.0 можа прывіць комплексны падыход да якасці ў вытворчых арганізацыях, зрабіўшы пераўтваральную сілу даных неад'емнай часткай карпаратыўнага мыслення.Адпаведнасць на ўсіх узроўнях арганізацыі спрыяе фарміраванню агульнай культуры якасці.
Ні адзін вытворчы працэс не можа працаваць ідэальна ў 100% часу.Змена ўмоў выклікае непрадбачаныя падзеі, якія патрабуюць выпраўлення.Тыя, хто мае вопыт у галіне якасці, разумеюць, што ўся справа ў працэсе руху да дасканаласці.Як гарантаваць, што якасць уключана ў працэс, каб выявіць праблемы як мага раней?Што вы будзеце рабіць, калі выявіце дэфект?Ці існуюць якія-небудзь знешнія фактары, якія выклікаюць гэтую праблему?Якія змены вы можаце ўнесці ў план праверкі або працэдуру выпрабаванняў, каб прадухіліць паўтарэнне гэтай праблемы?
Усталюйце менталітэт, што кожны вытворчы працэс мае звязаны і звязаны працэс якасці.Уявіце сабе будучыню, дзе існуюць адносіны адзін да аднаго і пастаянна вымяраецца якасць.Што б ні здарылася выпадкова, ідэальнай якасці можна дасягнуць.Кожны працоўны цэнтр штодня разглядае паказчыкі і ключавыя паказчыкі эфектыўнасці (KPI), каб вызначыць вобласці для паляпшэння да ўзнікнення праблем.
У гэтай сістэме з замкнёным цыклам кожны вытворчы працэс мае выснову аб якасці, якая забяспечвае зваротную сувязь, каб спыніць працэс, дазволіць працягнуць працэс або зрабіць карэкціроўкі ў рэжыме рэальнага часу.На сістэму не ўплывае стомленасць або чалавечая памылка.Замкнёная сістэма якасці, распрацаваная для вытворчасці самалётаў, мае важнае значэнне для дасягнення больш высокіх узроўняў якасці, скарачэння часу цыклу і забеспячэння адпаведнасці стандартам AS9100.
Дзесяць гадоў таму ідэя засяродзіць кантроль якасці на дызайне прадукту, даследаванні рынку, пастаўшчыках, прадуктовых паслугах або іншых фактарах, якія ўплываюць на задаволенасць кліентаў, была немагчымай.Мяркуецца, што дызайн прадукту зыходзіць ад вышэйшай інстанцыі;якасць - гэта выкананне гэтых канструкцый на канвееры, незалежна ад іх недахопаў.
Сёння многія кампаніі пераглядаюць спосабы вядзення бізнесу.Статус-кво ў 2018 годзе можа быць немагчымым.Усё больш і больш вытворцаў становяцца разумнейшымі і разумнейшымі.Даступна больш ведаў, што азначае лепшы інтэлект для стварэння патрэбнага прадукту з першага разу з большай эфектыўнасцю і прадукцыйнасцю.