Prema SmarTechu, tvrtki za savjetovanje o proizvodnoj tehnologiji, zrakoplovstvo je druga najveća industrija koju opslužuje aditivna proizvodnja (AM), odmah iza medicine.Međutim, još uvijek postoji nedostatak svijesti o potencijalu aditivne proizvodnje keramičkih materijala u brzoj proizvodnji zrakoplovnih komponenti, povećanoj fleksibilnosti i isplativosti.AM može proizvoditi jače i lakše keramičke dijelove brže i održivije - smanjujući troškove rada, minimizirajući ručno sastavljanje i poboljšavajući učinkovitost i performanse kroz dizajn razvijen modeliranjem, čime se smanjuje težina zrakoplova.Osim toga, keramička tehnologija aditivne proizvodnje omogućuje kontrolu dimenzija gotovih dijelova za značajke manje od 100 mikrona.
Međutim, riječ keramika može asocirati na pogrešno shvaćanje krtosti.Zapravo, keramika proizvedena aditivima proizvodi lakše, finije dijelove s velikom strukturnom čvrstoćom, žilavošću i otpornošću na širok raspon temperatura.Tvrtke koje gledaju u budućnost okreću se keramičkim proizvodnim komponentama, uključujući mlaznice i propelere, električne izolatore i lopatice turbina.
Na primjer, glinica visoke čistoće ima visoku tvrdoću i jaku otpornost na koroziju i temperaturni raspon.Komponente izrađene od aluminijevog oksida također su električno izolacijske na visokim temperaturama koje su uobičajene u zrakoplovnim sustavima.
Keramika na bazi cirkonijeva oksida može zadovoljiti mnoge primjene s ekstremnim zahtjevima za materijalima i velikim mehaničkim naprezanjem, kao što su metalni kalupi vrhunske kvalitete, ventili i ležajevi.Keramika od silicijevog nitrida ima visoku čvrstoću, veliku žilavost i izvrsnu otpornost na toplinski udar, kao i dobru kemijsku otpornost na koroziju raznih kiselina, lužina i rastaljenih metala.Silicijev nitrid koristi se za izolatore, impelere i visokotemperaturne antene s niskim dielektrikom.
Kompozitna keramika pruža nekoliko poželjnih kvaliteta.Keramika na bazi silicija s dodatkom aluminijevog oksida i cirkona pokazala se dobrom u proizvodnji monokristalnih odljevaka za turbinske lopatice.To je zato što keramička jezgra izrađena od ovog materijala ima vrlo malo toplinsko širenje do 1500°C, visoku poroznost, izvrsnu kvalitetu površine i dobru sposobnost ispiranja.Tiskanjem ovih jezgri mogu se proizvesti dizajni turbina koje mogu izdržati više radne temperature i povećati učinkovitost motora.
Dobro je poznato da je injekcijsko prešanje ili strojna obrada keramike vrlo teško, a strojna obrada omogućuje ograničen pristup komponentama koje se proizvode.Elemente poput tankih stijenki također je teško obraditi.
Međutim, Lithoz koristi proizvodnju keramike temeljenu na litografiji (LCM) za proizvodnju preciznih 3D keramičkih komponenti složenog oblika.
Počevši od CAD modela, detaljne specifikacije digitalno se prenose na 3D printer.Zatim nanesite precizno formuliran keramički prah na vrh prozirne posude.Pokretna građevinska platforma uronjena je u blato i potom selektivno izložena vidljivom svjetlu odozdo.Slojnu sliku generira digitalni mikrozrcalni uređaj (DMD) povezan sa sustavom za projekciju.Ponavljanjem ovog procesa, trodimenzionalni zeleni dio može se generirati sloj po sloj.Nakon termičke naknadne obrade, vezivo se uklanja, a zeleni dijelovi se sinteriraju - spajaju posebnim postupkom zagrijavanja - kako bi se dobio potpuno gusti keramički dio s izvrsnim mehaničkim svojstvima i kvalitetom površine.
LCM tehnologija pruža inovativan, ekonomičan i brži proces za livenje komponenti turbinskih motora za ulaganje - zaobilazeći skupu i napornu proizvodnju kalupa potrebnu za injekcijsko prešanje i lijevanje po izgubljenom vosku.
LCM također može postići dizajne koji se ne mogu postići drugim metodama, uz korištenje daleko manje sirovina od drugih metoda.
Unatoč velikom potencijalu keramičkih materijala i LCM tehnologije, još uvijek postoji jaz između AM proizvođača originalne opreme (OEM) i dizajnera zrakoplovstva.
Jedan od razloga može biti otpor prema novim proizvodnim metodama u industrijama s posebno strogim zahtjevima sigurnosti i kvalitete.Zrakoplovna proizvodnja zahtijeva mnoge procese provjere i kvalifikacije, kao i temeljita i rigorozna testiranja.
Još jedna prepreka uključuje uvjerenje da je 3D ispis uglavnom prikladan samo za jednokratnu brzu izradu prototipova, a ne za bilo što što se može koristiti u zraku.Opet, ovo je nesporazum, a 3D tiskane keramičke komponente dokazano se koriste u masovnoj proizvodnji.
Primjer je proizvodnja turbinskih lopatica, gdje se AM keramičkim postupkom proizvode monokristalne (SX) jezgre, kao i turbinske lopatice od superlegure usmjerenog skrućivanja (DS) i jednakoosnog lijevanja (EX).Jezgre sa složenim granastim strukturama, višestrukim stijenkama i stražnjim rubovima manjim od 200 μm mogu se proizvesti brzo i ekonomično, a konačne komponente imaju dosljednu točnost dimenzija i izvrsnu završnu obradu površine.
Poboljšana komunikacija može spojiti zrakoplovne dizajnere i AM OEM-ove i potpuno vjerovati keramičkim komponentama proizvedenim pomoću LCM i drugih tehnologija.Tehnologija i stručnost postoje.Treba promijeniti način razmišljanja od AM za istraživanje i razvoj i izradu prototipova, i vidjeti ga kao put naprijed za velike komercijalne primjene.
Uz obrazovanje, zrakoplovne tvrtke također mogu uložiti vrijeme u osoblje, inženjering i testiranje.Proizvođači moraju biti upoznati s različitim standardima i metodama za ocjenjivanje keramike, a ne metala.Na primjer, Lithoz-ova dva ključna ASTM standarda za konstrukcijsku keramiku su ASTM C1161 za ispitivanje čvrstoće i ASTM C1421 za ispitivanje žilavosti.Ovi standardi vrijede za keramiku proizvedenu svim metodama.U proizvodnji keramičkih dodataka, korak tiskanja samo je metoda oblikovanja, a dijelovi prolaze istu vrstu sinteriranja kao i tradicionalna keramika.Stoga će mikrostruktura keramičkih dijelova biti vrlo slična konvencionalnoj strojnoj obradi.
Na temelju stalnog napretka materijala i tehnologije, možemo pouzdano reći da će dizajneri dobiti više podataka.Novi keramički materijali bit će razvijeni i prilagođeni prema specifičnim inženjerskim potrebama.Dijelovi izrađeni od AM keramike završit će proces certifikacije za uporabu u zrakoplovstvu.I pružit će bolje alate za dizajn, kao što je poboljšani softver za modeliranje.
Suradnjom s tehničkim stručnjacima LCM-a, zrakoplovne tvrtke mogu interno uvesti AM keramičke procese skraćujući vrijeme, smanjujući troškove i stvarajući mogućnosti za razvoj vlastitog intelektualnog vlasništva tvrtke.S predviđanjem i dugoročnim planiranjem, zrakoplovne tvrtke koje ulažu u keramičku tehnologiju mogu ostvariti značajne prednosti u svom cjelokupnom proizvodnom portfelju u sljedećih deset godina i kasnije.
Uspostavom partnerstva s tvrtkom AM Ceramics, proizvođači originalne zrakoplovne opreme proizvodit će komponente koje su prije bile nezamislive.
About the author: Shawn Allan is the vice president of additive manufacturing expert Lithoz. You can contact him at sallan@lithoz-america.com.
Shawn Allan će govoriti o poteškoćama učinkovitog komuniciranja prednosti proizvodnje keramičkih aditiva na sajmu Ceramics Expo u Clevelandu, Ohio 1. rujna 2021.
Iako razvoj hipersoničnih letećih sustava postoji desetljećima, sada je postao glavni prioritet američke nacionalne obrane, dovodeći ovo područje u stanje brzog rasta i promjena.Kao jedinstveno multidisciplinarno područje, izazov je pronaći stručnjake s potrebnim vještinama za promicanje njegova razvoja.Međutim, kada nema dovoljno stručnjaka, to stvara jaz u inovacijama, kao što je stavljanje dizajna za proizvodnost (DFM) na prvo mjesto u fazi istraživanja i razvoja, a zatim pretvaranje u proizvodni jaz kada je prekasno za uvođenje isplativih promjena.
Savezi, poput novoosnovanog Sveučilišnog saveza za primijenjenu hipersoniku (UCAH), pružaju važno okruženje za kultiviranje talenata potrebnih za napredak na tom području.Studenti mogu raditi izravno sa sveučilišnim istraživačima i stručnjacima u industriji na razvoju tehnologije i unaprjeđenju kritičnih hipersoničnih istraživanja.
Iako su UCAH i drugi obrambeni konzorciji ovlastili članove da se uključe u razne inženjerske poslove, mora se više raditi na njegovanju različitih i iskusnih talenata, od dizajna do razvoja materijala i odabira do proizvodnih radionica.
Kako bi osigurao trajniju vrijednost u tom području, sveučilišni savez mora razvoj radne snage učiniti prioritetom usklađivanjem s potrebama industrije, uključivanjem članova u istraživanje primjereno industriji i ulaganjem u program.
Prilikom transformacije hipersonične tehnologije u proizvodne projekte velikih razmjera, postojeći jaz u vještinama inženjerske i proizvodne radne snage najveći je izazov.Ako rano istraživanje ne prijeđe ovu prikladno nazvanu dolinu smrti - jaz između istraživanja i razvoja i proizvodnje, a mnogi su ambiciozni projekti propali - tada smo izgubili primjenjivo i izvedivo rješenje.
Američka proizvodna industrija može ubrzati nadzvučnu brzinu, ali rizik od zaostajanja je povećanje veličine radne snage kako bi joj odgovaralo.Stoga vlada i konzorcij za razvoj sveučilišta moraju surađivati ​​s proizvođačima kako bi ove planove proveli u praksi.
Industrija je iskusila nedostatke vještina od proizvodnih radionica do inženjerskih laboratorija - te će se praznine samo povećavati kako hipersonično tržište bude raslo.Tehnologije u nastajanju zahtijevaju radnu snagu u nastajanju za širenje znanja na tom području.
Hiperzvučni rad obuhvaća nekoliko različitih ključnih područja različitih materijala i struktura, a svako područje ima svoj skup tehničkih izazova.Oni zahtijevaju visoku razinu detaljnog znanja, a ako potrebna stručnost ne postoji, to može stvoriti prepreke razvoju i proizvodnji.Ako nemamo dovoljno ljudi za održavanje posla, bit će nemoguće pratiti potražnju za brzom proizvodnjom.
Na primjer, trebaju nam ljudi koji mogu napraviti konačni proizvod.UCAH i drugi konzorciji ključni su za promicanje moderne proizvodnje i osiguravanje uključivanja studenata zainteresiranih za ulogu proizvodnje.Kroz međufunkcionalne napore posvećene razvoju radne snage, industrija će moći održati konkurentsku prednost u hipersoničnim planovima leta u sljedećih nekoliko godina.
Uspostavom UCAH-a, Ministarstvo obrane stvara priliku za usvajanje fokusiranijeg pristupa izgradnji sposobnosti u ovom području.Svi članovi koalicije moraju raditi zajedno na osposobljavanju sposobnosti studenata kako bismo mogli izgraditi i održati zamah istraživanja i proširiti ga kako bismo proizveli rezultate potrebne našoj zemlji.
Sada zatvoren NASA Advanced Composites Alliance primjer je uspješnih napora za razvoj radne snage.Njegova učinkovitost rezultat je kombiniranja rada na istraživanju i razvoju s interesima industrije, što omogućuje širenje inovacija kroz razvojni ekosustav.Čelnici industrije surađivali su izravno s NASA-om i sveučilištima na projektima dvije do četiri godine.Svi članovi razvili su stručno znanje i iskustvo, naučili surađivati ​​u nekonkurentnom okruženju i odgajali studente da se razvijaju kako bi njegovali ključne igrače u industriji u budućnosti.
Ova vrsta razvoja radne snage popunjava praznine u industriji i pruža mogućnosti malim poduzećima za brzu inovaciju i diversifikaciju polja kako bi postigli daljnji rast koji vodi inicijativama za nacionalnu sigurnost SAD-a i ekonomsku sigurnost.
Sveučilišni savezi uključujući UCAH važna su imovina u hipersoničnom području i obrambenoj industriji.Iako su njihova istraživanja promicala nove inovacije, njihova najveća vrijednost leži u njihovoj sposobnosti da obuče našu sljedeću generaciju radne snage.Konzorcij sada mora odrediti prioritet ulaganja u takve planove.Na taj način mogu pomoći u poticanju dugoročnog uspjeha hipersoničnih inovacija.
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.
Proizvođači složenih, visoko konstruiranih proizvoda (kao što su komponente zrakoplova) uvijek su predani savršenstvu.Nema manevarskog prostora.
Budući da je proizvodnja zrakoplova iznimno složena, proizvođači moraju pažljivo upravljati procesom kvalitete, posvećujući veliku pažnju svakom koraku.To zahtijeva dubinsko razumijevanje kako upravljati i prilagoditi se dinamičnoj proizvodnji, kvaliteti, sigurnosti i pitanjima lanca opskrbe uz ispunjavanje regulatornih zahtjeva.
Budući da mnogi čimbenici utječu na isporuku visokokvalitetnih proizvoda, teško je upravljati složenim proizvodnim narudžbama koje se često mijenjaju.Proces kvalitete mora biti dinamičan u svakom aspektu inspekcije i projektiranja, proizvodnje i testiranja.Zahvaljujući strategijama Industrije 4.0 i modernim proizvodnim rješenjima, ovim izazovima kvalitete postalo je lakše upravljati i prevladati ih.
Tradicionalni fokus proizvodnje zrakoplova uvijek je bio na materijalima.Izvor većine problema s kvalitetom može biti krti lom, korozija, zamor metala ili drugi čimbenici.Međutim, današnja proizvodnja zrakoplova uključuje napredne, visoko projektirane tehnologije koje koriste otporne materijale.Stvaranje proizvoda koristi visoko specijalizirane i složene procese i elektroničke sustave.Softverska rješenja za upravljanje općim operacijama možda više neće moći riješiti iznimno složene probleme.
Složeniji dijelovi mogu se kupiti u globalnom opskrbnom lancu, pa se mora više razmisliti o njihovoj integraciji tijekom procesa sastavljanja.Neizvjesnost donosi nove izazove vidljivosti opskrbnog lanca i upravljanju kvalitetom.Osiguravanje kvalitete toliko mnogo dijelova i gotovih proizvoda zahtijeva bolje i integriranije metode kvalitete.
Industrija 4.0 predstavlja razvoj proizvodne industrije, a potrebne su sve naprednije tehnologije kako bi se zadovoljili strogi zahtjevi kvalitete.Podržavajuće tehnologije uključuju industrijski internet stvari (IIoT), digitalne niti, proširenu stvarnost (AR) i prediktivnu analitiku.
Kvaliteta 4.0 opisuje metodu kvalitete proizvodnog procesa vođenu podacima koja uključuje proizvode, procese, planiranje, sukladnost i standarde.Izgrađen je umjesto da zamjenjuje tradicionalne metode kvalitete, koristeći mnoge od istih novih tehnologija kao i njegovi industrijski parnjaci, uključujući strojno učenje, povezane uređaje, računalstvo u oblaku i digitalne blizance za transformaciju tijeka rada organizacije i uklanjanje mogućih nedostataka proizvoda ili procesa.Očekuje se da će pojava kvalitete 4.0 dodatno promijeniti kulturu radnog mjesta povećanjem oslanjanja na podatke i dubljim korištenjem kvalitete kao dijela cjelokupne metode stvaranja proizvoda.
Kvaliteta 4.0 integrira operativna pitanja i pitanja osiguranja kvalitete (QA) od početka do faze projektiranja.To uključuje kako konceptualizirati i dizajnirati proizvode.Nedavni rezultati istraživanja industrije pokazuju da većina tržišta nema automatizirani proces prijenosa dizajna.Ručni postupak ostavlja prostora za pogreške, bilo da se radi o internoj pogrešci ili komunikacijskom dizajnu i promjenama u opskrbnom lancu.
Uz dizajn, Quality 4.0 također koristi strojno učenje usmjereno na proces kako bi smanjio otpad, smanjio preradu i optimizirao proizvodne parametre.Osim toga, također rješava probleme s performansama proizvoda nakon isporuke, koristi povratne informacije na licu mjesta za daljinsko ažuriranje softvera proizvoda, održava zadovoljstvo kupaca i na kraju osigurava ponovni posao.Postaje nerazdvojni partner Industrije 4.0.
Međutim, kvaliteta nije primjenjiva samo na odabrane proizvodne veze.Uključivost kvalitete 4.0 može usaditi sveobuhvatan pristup kvaliteti u proizvodne organizacije, čineći transformativnu snagu podataka sastavnim dijelom korporativnog razmišljanja.Usklađenost na svim razinama organizacije doprinosi formiranju sveukupne kulture kvalitete.
Nijedan proizvodni proces ne može teći savršeno u 100% vremena.Promjenjivi uvjeti pokreću nepredviđene događaje koji zahtijevaju sanaciju.Oni koji imaju iskustva u kvaliteti razumiju da se radi o procesu kretanja prema savršenstvu.Kako osiguravate da je kvaliteta uključena u proces za otkrivanje problema što je ranije moguće?Što ćete učiniti kada pronađete kvar?Postoje li neki vanjski čimbenici koji uzrokuju ovaj problem?Koje promjene možete unijeti u plan inspekcije ili postupak ispitivanja kako biste spriječili da se ovaj problem ponovi?
Uspostavite mentalitet da svaki proizvodni proces ima povezan i povezan proces kvalitete.Zamislite budućnost u kojoj postoji odnos jedan na jedan i stalno mjerenje kvalitete.Bez obzira na to što se nasumično događa, može se postići savršena kvaliteta.Svaki radni centar svakodnevno pregledava indikatore i ključne pokazatelje učinka (KPI) kako bi identificirao područja za poboljšanje prije nego što se pojave problemi.
U ovom sustavu zatvorene petlje, svaki proizvodni proces ima zaključak o kvaliteti, koji daje povratnu informaciju za zaustavljanje procesa, dopuštanje da se proces nastavi ili vrše prilagodbe u stvarnom vremenu.Na sustav ne utječu zamor ili ljudska pogreška.Zatvoreni sustav kvalitete dizajniran za proizvodnju zrakoplova ključan je za postizanje viših razina kvalitete, skraćivanje vremena ciklusa i osiguravanje sukladnosti sa standardima AS9100.
Prije deset godina ideja o fokusiranju QA-a na dizajn proizvoda, istraživanje tržišta, dobavljače, usluge proizvoda ili druge čimbenike koji utječu na zadovoljstvo kupaca bila je nemoguća.Smatra se da dizajn proizvoda dolazi od višeg autoriteta;kvaliteta je izvođenje ovih dizajna na pokretnoj traci, bez obzira na njihove nedostatke.
Danas mnoge tvrtke preispituju kako poslovati.Status quo u 2018. možda više neće biti moguć.Sve više proizvođača postaje sve pametnije i pametnije.Dostupno je više znanja, što znači bolju inteligenciju za izradu pravog proizvoda u prvom trenutku, s većom učinkovitošću i performansama.