Prema SmarTechu, konsultantskoj kompaniji za proizvodnu tehnologiju, zrakoplovstvo je druga najveća industrija koju opslužuje aditivna proizvodnja (AM), a druga je samo medicina.Međutim, još uvijek postoji nedostatak svijesti o potencijalu aditivne proizvodnje keramičkih materijala u brzoj proizvodnji zrakoplovnih komponenti, povećanju fleksibilnosti i isplativosti.AM može proizvoditi jače i lakše keramičke dijelove brže i održivije, smanjujući troškove rada, minimizirajući ručno sastavljanje i poboljšavajući efikasnost i performanse kroz dizajn razvijen modeliranjem, čime se smanjuje težina aviona.Uz to, keramička tehnologija aditivne proizvodnje omogućava kontrolu dimenzija gotovih dijelova za karakteristike manje od 100 mikrona.
Međutim, riječ keramika može izazvati zabludu o krhkosti.U stvari, aditivno proizvedena keramika proizvodi lakše, finije dijelove sa velikom strukturnom čvrstoćom, žilavosti i otpornošću na širok raspon temperatura.Kompanije koje gledaju u budućnost okreću se komponentama za proizvodnju keramike, 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 napravljene od glinice su takođe električno izolacione na visokim temperaturama uobičajenim u vazduhoplovnim sistemima.
Keramika na bazi cirkonija može zadovoljiti mnoge primjene s ekstremnim zahtjevima za materijalima i visokim mehaničkim naprezanjem, kao što su vrhunski metalni kalupi, ventili i ležajevi.Keramika od silicijum nitrida ima visoku čvrstoću, visoku žilavost i odličnu otpornost na termički udar, kao i dobru hemijsku otpornost na koroziju raznih kiselina, lužina i rastopljenih metala.Silicijum nitrid se koristi za izolatore, impelere i visokotemperaturne niskodielektrične antene.
Kompozitna keramika pruža nekoliko poželjnih kvaliteta.Keramika na bazi silicijuma kojoj je dodana aluminijev oksid i cirkon pokazala se dobrom u proizvodnji monokristalnih odljevaka za lopatice turbina.To je zato što keramičko jezgro napravljeno od ovog materijala ima vrlo nisko termičko širenje do 1500°C, visoku poroznost, odličan kvalitet površine i dobru sposobnost curenja.Štampanje ovih jezgara može proizvesti dizajn turbina koji može izdržati više radne temperature i povećati efikasnost motora.
Dobro je poznato da je brizganje ili obrada keramike vrlo teška, a obrada omogućava ograničen pristup komponentama koje se proizvode.Karakteristike kao što su tanki zidovi takođe se teško obrađuju.
Međutim, Lithoz koristi proizvodnju keramike zasnovanu na litografiji (LCM) za proizvodnju preciznih, složenih 3D keramičkih komponenti.
Počevši od CAD modela, detaljne specifikacije se digitalno prenose na 3D štampač.Zatim nanesite precizno formulirani keramički prah na vrh prozirne posude.Pokretna konstrukcijska platforma je uronjena u blato i zatim selektivno izložena vidljivoj svjetlosti odozdo.Slojnu sliku generiše digitalni mikro-ogledalo uređaj (DMD) povezan sa sistemom za projekciju.Ponavljanjem ovog procesa, trodimenzionalni zeleni dio može se generirati sloj po sloj.Nakon termičke naknadne obrade, vezivo se uklanja i zeleni dijelovi se sinteruju-kombinuju posebnim procesom zagrijavanja-da bi se dobio potpuno gust keramički dio s odličnim mehaničkim svojstvima i kvalitetom površine.
LCM tehnologija pruža inovativan, isplativ i brži proces za investiciono livenje komponenti turbinskog motora – zaobilazeći skupu i napornu proizvodnju kalupa koja je potrebna za brizganje i livenje voskom.
LCM također može postići dizajn koji se ne može postići drugim metodama, uz korištenje mnogo manje sirovina od drugih metoda.
Unatoč velikom potencijalu keramičkih materijala i LCM tehnologije, još uvijek postoji jaz između proizvođača originalne AM opreme (OEM) i svemirskih dizajnera.
Jedan od razloga može biti otpor prema novim metodama proizvodnje u industrijama s posebno strogim zahtjevima sigurnosti i kvalitete.Proizvodnja vazduhoplovstva zahteva mnoge procese verifikacije i kvalifikacije, kao i temeljno i rigorozno testiranje.
Još jedna prepreka uključuje uvjerenje da je 3D štampa uglavnom pogodna samo za jednokratno brzo stvaranje prototipa, a ne bilo šta što se može koristiti u zraku.Opet, ovo je nesporazum, a 3D štampane keramičke komponente se dokazano koriste u masovnoj proizvodnji.
Primjer je proizvodnja turbinskih lopatica, gdje AM keramički proces proizvodi jezgra od monokristala (SX), kao i lopatice turbine od superlegure za usmjereno skrućivanje (DS) i ravnoosno livenje (EX).Jezgra sa složenim granastim strukturama, višestrukim zidovima i zadnjim ivicama manjim od 200 μm mogu se proizvesti brzo i ekonomično, a konačne komponente imaju dosljednu točnost dimenzija i odličnu završnu obradu.
Unapređenje komunikacije može okupiti dizajnere svemirskog broda i AM OEM proizvođače i potpuno vjerovati keramičkim komponentama proizvedenim korištenjem LCM i drugih tehnologija.Tehnologija i stručnost postoje.Mora promijeniti način razmišljanja od AM za istraživanje i razvoj i izradu prototipa i vidjeti to kao put naprijed za velike komercijalne aplikacije.
Pored obrazovanja, vazduhoplovne kompanije takođe mogu da ulože vreme u osoblje, inženjering i testiranje.Proizvođači moraju biti upoznati sa različitim standardima i metodama za ocjenjivanje keramike, a ne metala.Na primjer, Lithoz-ova dva ključna ASTM standarda za strukturnu keramiku su ASTM C1161 za ispitivanje čvrstoće i ASTM C1421 za ispitivanje žilavosti.Ovi standardi se odnose na keramiku proizvedenu svim metodama.U proizvodnji keramičkih aditiva, korak tiska je samo metoda oblikovanja, a dijelovi se podvrgavaju istoj vrsti sinterovanja kao i tradicionalna keramika.Stoga će mikrostruktura keramičkih dijelova biti vrlo slična konvencionalnoj mašinskoj obradi.
Na osnovu kontinuiranog napretka materijala i tehnologije, možemo sa sigurnošću reći da će dizajneri dobiti više podataka.Novi keramički materijali će se razvijati i prilagođavati prema specifičnim inženjerskim potrebama.Dijelovi napravljeni od AM keramike će završiti proces sertifikacije za upotrebu u svemiru.I pružiće bolje alate za dizajn, kao što je poboljšani softver za modeliranje.
Saradnjom sa LCM tehničkim stručnjacima, avio kompanije mogu da uvedu AM keramičke procese interno skraćujući vreme, smanjujući troškove i stvarajući mogućnosti za razvoj sopstvenog intelektualnog vlasništva kompanije.Uz predviđanje i dugoročno planiranje, avio kompanije koje ulažu u keramičku tehnologiju mogu ostvariti značajne prednosti u svom cjelokupnom proizvodnom portfelju u narednih deset godina i kasnije.
Uspostavljanjem partnerstva sa AM Ceramics, proizvođači originalne opreme za vazduhoplovstvo će proizvoditi komponente koje su ranije 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 efektivnog komuniciranja prednosti proizvodnje keramičkih aditiva na sajmu Ceramics Expo u Clevelandu, Ohajo, 1. septembra 2021.
Iako razvoj hipersoničnih sistema letenja postoji decenijama, on je sada postao glavni prioritet američke nacionalne odbrane, dovodeći ovo polje u stanje brzog rasta i promjena.Kao jedinstvena multidisciplinarna oblast, izazov je pronaći stručnjake sa potrebnim vještinama za promoviranje njegovog razvoja.Međutim, kada nema dovoljno stručnjaka, to stvara prazninu u inovacijama, kao što je stavljanje dizajna za proizvodnost (DFM) prvo u R&D fazu, a zatim pretvaranje u proizvodni jaz kada je prekasno za uvođenje isplativih promjena.
Savezi, kao što je novoosnovana Univerzitetska alijansa za primenjenu hipersoniku (UCAH), pružaju važno okruženje za kultivisanje talenata potrebnih za napredovanje u ovoj oblasti.Studenti mogu raditi direktno sa univerzitetskim istraživačima i stručnjacima iz industrije na razvoju tehnologije i unapređenju kritičnih hipersoničnih istraživanja.
Iako su UCAH i drugi odbrambeni konzorcijumi ovlastili članove da se angažuju u različitim inženjerskim poslovima, više se mora raditi na kultiviranju različitih i iskusnih talenata, od dizajna do razvoja materijala i odabira do proizvodnih radionica.
Da bi se pružila trajnija vrijednost u ovoj oblasti, savez univerziteta mora razvoj radne snage učiniti prioritetom usklađivanjem s potrebama industrije, uključivanjem članova u istraživanja koja odgovaraju industriji i ulaganjem u program.
Prilikom transformacije hipersonične tehnologije u velike produktivne projekte, postojeći jaz u inženjerskoj i proizvodnoj radnoj snazi ​​najveći je izazov.Ako rano istraživanje ne pređe ovu prikladno nazvanu dolinu smrti – jaz između istraživanja i razvoja i proizvodnje i mnogi ambiciozni projekti su propali – onda smo izgubili primjenjivo i izvodljivo rješenje.
Američka proizvodna industrija može ubrzati supersoničnu brzinu, ali rizik od zaostajanja je povećanje veličine radne snage kako bi se uskladila.Stoga, vlada i univerzitetski razvojni konzorcijumi moraju sarađivati ​​sa proizvođačima kako bi ove planove sproveli u praksu.
Industrija je iskusila nedostatke u vještinama od proizvodnih radionica do inženjerskih laboratorija - ovi jaz će se samo povećavati kako hipersonično tržište bude raslo.Tehnologije u nastajanju zahtijevaju novu radnu snagu za proširenje znanja u ovoj oblasti.
Hipersonični rad obuhvata nekoliko različitih ključnih oblasti različitih materijala i struktura, a svako područje ima svoj skup tehničkih izazova.Oni zahtijevaju visok nivo detaljnog znanja, a ako ne postoji potrebna stručnost, to može stvoriti prepreke razvoju i proizvodnji.Ako nemamo dovoljno ljudi za održavanje posla, biće nemoguće pratiti potražnju za brzom proizvodnjom.
Na primjer, potrebni su nam ljudi koji mogu napraviti konačni proizvod.UCAH i drugi konzorcijumi su od suštinskog značaja za promoviranje moderne proizvodnje i osiguravanje uključivanja studenata zainteresiranih za ulogu proizvodnje.Kroz međufunkcionalne posvećene napore za razvoj radne snage, industrija će moći održati konkurentsku prednost u planovima hipersoničnih letova u sljedećih nekoliko godina.
Osnivanjem UCAH, Ministarstvo odbrane stvara priliku za usvajanje fokusiranijeg pristupa izgradnji sposobnosti u ovoj oblasti.Svi članovi koalicije moraju raditi zajedno na obučavanju nišnih sposobnosti učenika kako bismo mogli izgraditi i održati zamah istraživanja i proširiti ga kako bismo proizveli rezultate potrebne našoj zemlji.
Sada zatvorena NASA Advanced Composites Alliance primjer je uspješnog razvoja radne snage.Njegova efikasnost je rezultat kombinovanja istraživanja i razvoja sa interesima industrije, što omogućava da se inovacije prošire kroz razvojni ekosistem.Lideri industrije su radili direktno s NASA-om i univerzitetima na projektima dvije do četiri godine.Svi članovi su razvili profesionalno znanje i iskustvo, naučili da sarađuju 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 preduzećima da brzo inoviraju i diverzifikuju oblast kako bi postigli dalji rast koji doprinosi inicijativama nacionalne bezbednosti i ekonomske bezbednosti SAD.
Univerzitetski savezi uključujući UCAH su važna sredstva u hipersoničnoj oblasti i odbrambenoj industriji.Iako su njihova istraživanja promovirala nove inovacije, njihova najveća vrijednost leži u njihovoj sposobnosti da obuče našu sljedeću generaciju radne snage.Konzorcij sada treba dati prioritet ulaganjima 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 aviona) svaki put su posvećeni savršenstvu.Nema manevarskog prostora.
Budući da je proizvodnja aviona izuzetno složena, proizvođači moraju pažljivo upravljati procesom kvaliteta, obraćajući veliku pažnju na svaki korak.Ovo zahtijeva dubinsko razumijevanje kako upravljati i prilagođavati se dinamičnoj proizvodnji, kvaliteti, sigurnosti i pitanjima lanca snabdijevanja uz ispunjavanje regulatornih zahtjeva.
Budući da mnogi faktori utiču na isporuku visokokvalitetnih proizvoda, teško je upravljati složenim i često promjenjivim proizvodnim nalozima.Proces kvaliteta mora biti dinamičan u svakom aspektu inspekcije i dizajna, proizvodnje i testiranja.Zahvaljujući strategijama Industrije 4.0 i modernim proizvodnim rješenjima, ovim izazovima kvaliteta postalo je lakše upravljati i savladati ih.
Tradicionalni fokus proizvodnje aviona uvijek je bio na materijalima.Izvor većine problema s kvalitetom može biti krhki lom, korozija, zamor metala ili drugi faktori.Međutim, današnja proizvodnja aviona uključuje napredne, visoko konstruisane tehnologije koje koriste otporne materijale.Kreiranje proizvoda koristi visoko specijalizovane i složene procese i elektronske sisteme.Softverska rješenja za opće upravljanje operacijama možda više neće moći riješiti izuzetno složene probleme.
Složeniji delovi se mogu kupiti iz globalnog lanca snabdevanja, tako da se više pažnje mora posvetiti njihovoj integraciji tokom procesa montaže.Nesigurnost donosi nove izazove za vidljivost lanca nabavke i upravljanje kvalitetom.Osiguravanje kvalitete tolikog broja dijelova i gotovih proizvoda zahtijeva bolje i integriranije metode kvalitete.
Industrija 4.0 predstavlja razvoj prerađivačke industrije, a potrebne su sve naprednije tehnologije kako bi se ispunili strogi zahtjevi kvaliteta.Tehnologije podrške uključuju industrijski internet stvari (IIoT), digitalne niti, proširenu stvarnost (AR) i prediktivnu analitiku.
Kvalitet 4.0 opisuje metodu kvaliteta proizvodnog procesa vođenu podacima koja uključuje proizvode, procese, planiranje, usklađenost i standarde.Izgrađen je na umjesto da zamjenjuje tradicionalne metode kvaliteta, koristeći mnoge od istih novih tehnologija kao i njegove industrijske kolege, uključujući strojno učenje, povezane uređaje, računalstvo u oblaku i digitalne blizance kako bi se transformirao radni tok organizacije i eliminirali mogući nedostaci proizvoda ili procesa.Očekuje se da će pojava kvalitete 4.0 dodatno promijeniti kulturu radnog mjesta povećanjem oslanjanja na podatke i dubljom upotrebom kvaliteta kao dijela cjelokupne metode kreiranja proizvoda.
Kvalitet 4.0 integriše operativna pitanja i pitanja osiguranja kvaliteta (QA) od početka do faze dizajna.To uključuje kako konceptualizirati i dizajnirati proizvode.Nedavni rezultati istraživanja industrije pokazuju da većina tržišta nema automatizirani proces prijenosa dizajna.Ručni proces ostavlja prostor za greške, bilo da se radi o internoj grešci ili komunikaciji dizajna i promjena u lancu nabavke.
Osim dizajna, Quality 4.0 također koristi procesno usmjereno strojno učenje 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 ponovljeno poslovanje.Postaje nerazdvojni partner Industrije 4.0.
Međutim, kvalitet nije primjenjiv samo na odabrane proizvodne veze.Inkluzivnost Quality 4.0 može usaditi sveobuhvatan pristup kvaliteti u proizvodnim organizacijama, čineći transformativnu moć podataka sastavnim dijelom korporativnog razmišljanja.Usklađenost na svim nivoima organizacije doprinosi formiranju ukupne kulture kvaliteta.
Nijedan proizvodni proces ne može teći savršeno u 100% vremena.Promjene uvjeta pokreću nepredviđene događaje koji zahtijevaju sanaciju.Oni koji imaju iskustva u kvaliteti razumiju da je sve u procesu kretanja ka savršenstvu.Kako osiguravate da je kvalitet uključen u proces da se problemi otkriju što je prije moguće?Šta ćete učiniti kada pronađete nedostatak?Postoje li vanjski faktori koji uzrokuju ovaj problem?Koje promjene možete unijeti u plan inspekcije ili proceduru ispitivanja kako biste spriječili da se ovaj problem ponovi?
Uspostavite mentalitet da svaki proizvodni proces ima povezan i povezan proces kvaliteta.Zamislite budućnost u kojoj postoji odnos jedan na jedan i stalno mjerite kvalitet.Bez obzira šta se dešava nasumično, savršen kvalitet se može postići.Svaki radni centar pregleda indikatore i ključne indikatore učinka (KPI) na dnevnoj bazi kako bi identificirao područja za poboljšanje prije nego što se pojave problemi.
U ovom sistemu zatvorene petlje, svaki proizvodni proces ima zaključak o kvaliteti, koji daje povratne informacije za zaustavljanje procesa, omogućavanje da se proces nastavi ili prilagođavanja u realnom vremenu.Na sistem ne utiču umor ili ljudska greška.Zatvoreni sistem kvaliteta dizajniran za proizvodnju aviona je od suštinskog značaja za postizanje viših nivoa kvaliteta, skraćenje vremena ciklusa i osiguranje usklađenosti sa standardima AS9100.
Prije deset godina, ideja o fokusiranju QA na dizajn proizvoda, istraživanje tržišta, dobavljače, usluge proizvoda ili druge faktore koji utječu na zadovoljstvo kupaca bila je nemoguća.Podrazumeva se da dizajn proizvoda dolazi od višeg autoriteta;Kvalitet je izvođenje ovih dizajna na montažnoj traci, bez obzira na njihove nedostatke.
Danas mnoge kompanije promišljaju kako da posluju.Status quo u 2018. možda više neće biti moguć.Sve više proizvođača postaje sve pametnije i pametnije.Više znanja je dostupno, što znači bolju inteligenciju za pravljenje pravog proizvoda po prvi put, sa većom efikasnošću i performansama.