Gamybos technologijų konsultacinės bendrovės „SmarTech“ teigimu, aviacija yra antra pagal dydį pramonė, aptarnaujama priedų gamybos (AM), nusileidžianti tik medicinai.Tačiau vis dar trūksta supratimo apie keraminių medžiagų priedų gamybos galimybes sparčiai gaminant aviacijos ir kosmoso komponentus, didesnį lankstumą ir ekonomiškumą.AM gali pagaminti tvirtesnes ir lengvesnes keramines dalis greičiau ir tvariau, sumažinant darbo sąnaudas, sumažinant rankinį surinkimą ir pagerinant efektyvumą bei našumą dėl modeliavimo sukurto dizaino, taip sumažinant orlaivio svorį.Be to, priedų gamybos keramikos technologija užtikrina gatavų dalių matmenų valdymą, kai savybės yra mažesnės nei 100 mikronų.
Tačiau žodis keramika gali sukelti klaidingą trapumo suvokimą.Tiesą sakant, su priedais pagaminta keramika gamina lengvesnes, smulkesnes dalis, pasižyminčias dideliu konstrukciniu tvirtumu, tvirtumu ir atsparumu plačiam temperatūrų diapazonui.Į ateitį žiūrinčios įmonės kreipiasi į keramikos gamybos komponentus, įskaitant purkštukus ir sraigtus, elektros izoliatorius ir turbinų mentes.
Pavyzdžiui, didelio grynumo aliuminio oksidas turi didelį kietumą, atsparumą korozijai ir temperatūros diapazoną.Iš aliuminio oksido pagaminti komponentai taip pat izoliuoja elektrą aukštoje oro erdvės sistemose įprastoje temperatūroje.
Cirkonio oksido pagrindu pagaminta keramika gali patenkinti daugybę pritaikymų, kuriems taikomi ekstremalūs medžiagų reikalavimai ir didelis mechaninis įtempis, pavyzdžiui, aukščiausios klasės metalo liejimas, vožtuvai ir guoliai.Silicio nitrido keramika pasižymi dideliu stiprumu, dideliu kietumu ir puikiu atsparumu šiluminiam smūgiui, taip pat gerą cheminį atsparumą įvairių rūgščių, šarmų ir išlydytų metalų korozijai.Silicio nitridas naudojamas izoliatoriams, sparnuotėms ir aukštos temperatūros žemos dielektrinės antenoms.
Kompozitinė keramika suteikia keletą pageidaujamų savybių.Silicio pagrindu pagaminta keramika, į kurią pridėta aliuminio oksido ir cirkonio, pasiteisino gaminant monokristalinius liejinius, skirtus turbinų mentėms.Taip yra todėl, kad iš šios medžiagos pagamintos keraminės šerdies šiluminis plėtimasis iki 1500°C, didelis poringumas, puiki paviršiaus kokybė ir geras išsiplovimas.Spausdinant šias šerdis galima sukurti turbinos konstrukcijas, kurios gali atlaikyti aukštesnę darbinę temperatūrą ir padidinti variklio efektyvumą.
Gerai žinoma, kad keramikos liejimas arba apdirbimas yra labai sudėtingas, o apdirbimas suteikia ribotą prieigą prie gaminamų komponentų.Taip pat sunku apdirbti tokias savybes kaip plonos sienos.
Tačiau „Lithoz“ naudoja litografijos pagrindu pagamintą keramikos gamybą (LCM), kad gamintų tikslius, sudėtingos formos 3D keramikos komponentus.
Pradedant nuo CAD modelio, detalios specifikacijos skaitmeniniu būdu perkeliamos į 3D spausdintuvą.Tada ant skaidrios talpos viršaus užtepkite tikslios sudėties keramikos miltelių.Kilnojama konstrukcinė platforma panardinama į purvą, o po to pasirinktinai veikiama matomos šviesos iš apačios.Sluoksnio vaizdas generuojamas skaitmeniniu mikroveidrodiniu įrenginiu (DMD), sujungtu su projekcijos sistema.Kartojant šį procesą, sluoksnis po sluoksnio gali būti sukurta trimatė žalia dalis.Po terminio apdorojimo pašalinamas rišiklis, o žaliosios dalys sukepinamos-sujungiamos specialiu kaitinimo procesu, kad būtų gauta visiškai tanki keraminė dalis, pasižyminti puikiomis mechaninėmis savybėmis ir paviršiaus kokybe.
LCM technologija suteikia naujovišką, ekonomišką ir greitesnį investicinį turbininių variklio komponentų liejimo procesą, apeinant brangią ir daug darbo reikalaujančią liejimo formų gamybą, reikalingą liejimui įpurškimui ir prarasto vaško liejimui.
LCM taip pat gali pasiekti dizainą, kurio negalima pasiekti kitais metodais, naudojant daug mažiau žaliavų nei kitais metodais.
Nepaisant didelio keraminių medžiagų ir LCM technologijos potencialo, vis dar yra atotrūkis tarp AM originalios įrangos gamintojų (OĮG) ir kosmoso dizainerių.
Viena iš priežasčių gali būti atsparumas naujiems gamybos būdams pramonės šakose, kurioms taikomi ypač griežti saugos ir kokybės reikalavimai.Aviacijos ir erdvėlaivių gamybai reikia daug tikrinimo ir kvalifikacijos kėlimo procesų, taip pat kruopštaus ir griežto bandymo.
Kita kliūtis yra įsitikinimas, kad 3D spausdinimas daugiausia tinka tik vienkartiniam greitam prototipų kūrimui, o ne bet kam, ką galima naudoti ore.Vėlgi, tai yra nesusipratimas, ir buvo įrodyta, kad 3D spausdinti keramikos komponentai yra naudojami masinėje gamyboje.
Pavyzdys yra turbinų menčių gamyba, kai taikant AM keramikos procesą gaunamos monokristalinės (SX) šerdys, taip pat kryptinio kietėjimo (DS) ir lygiagrečio liejimo (EX) superlydinių turbinų mentės.Sudėtingų šakų struktūrų, kelių sienų ir galinių kraštų, mažesnių nei 200 μm, šerdys gali būti pagamintos greitai ir ekonomiškai, o galutiniai komponentai turi nuoseklų matmenų tikslumą ir puikią paviršiaus apdailą.
Ryšio gerinimas gali suburti aviacijos ir kosmoso dizainerius ir AM OĮG ir visiškai pasitikėti keraminiais komponentais, pagamintais naudojant LCM ir kitas technologijas.Technologijos ir kompetencija egzistuoja.Ji turi pakeisti mąstymo būdą, o ne AM, susijusią su MTTP ir prototipų kūrimu, ir matyti tai kaip kelią į priekį didelės apimties komercinėms programoms.
Be švietimo, aviacijos ir kosmoso įmonės taip pat gali investuoti laiką į personalą, inžineriją ir bandymus.Gamintojai turi būti susipažinę su skirtingais keramikos, o ne metalų vertinimo standartais ir metodais.Pavyzdžiui, du pagrindiniai „Lithoz“ ASTM standartai konstrukcinei keramikai yra ASTM C1161 stiprumo bandymams ir ASTM C1421 kietumo bandymams.Šie standartai taikomi keramikai, gaminamai visais būdais.Keraminių priedų gamyboje spausdinimo etapas yra tik formavimo būdas, o dalys sukepinamos taip pat, kaip ir tradicinė keramika.Todėl keraminių dalių mikrostruktūra bus labai panaši į įprastą apdirbimą.
Remdamiesi nuolatine medžiagų ir technologijų pažanga, galime drąsiai teigti, kad dizaineriai gaus daugiau duomenų.Naujos keraminės medžiagos bus kuriamos ir pritaikytos pagal konkrečius inžinerinius poreikius.Iš AM keramikos pagamintos dalys užbaigs sertifikavimo procesą, skirtą naudoti kosmose.Ir suteiks geresnių projektavimo įrankių, tokių kaip patobulinta modeliavimo programinė įranga.
Bendradarbiaudamos su LCM techniniais ekspertais, aviacijos ir kosmoso įmonės gali diegti AM keramikos procesus viduje – sutrumpinti laiką, sumažinti išlaidas ir sudaryti galimybes plėtoti nuosavą intelektinę nuosavybę.Turėdamos įžvalgą ir ilgalaikį planavimą, aviacijos ir kosmoso įmonės, investuojančios į keramikos technologijas, per ateinančius dešimt metų ir vėliau gali gauti didelės naudos iš viso savo gamybos portfelio.
Užmegzdami partnerystę su AM Ceramics, orlaivių ir kosmoso originalios įrangos gamintojai gamins komponentus, kurių anksčiau nebuvo galima įsivaizduoti.
About the author: Shawn Allan is the vice president of additive manufacturing expert Lithoz. You can contact him at sallan@lithoz-america.com.
2021 m. rugsėjo 1 d. vyksiančioje Ceramics Expo Klivlande, Ohajo valstijoje, Shawnas Allanas kalbės apie sunkumus efektyviai perteikti keraminių priedų gamybos pranašumus.
Nors hipergarsinių skrydžių sistemų kūrimas egzistuoja dešimtmečius, dabar jis tapo svarbiausiu JAV nacionalinės gynybos prioritetu, todėl ši sritis sparčiai auga ir keičiasi.Kadangi tai yra unikali daugiadalykė sritis, iššūkis yra surasti ekspertus, turinčius reikiamų įgūdžių, skatinančių jos plėtrą.Tačiau, kai nėra pakankamai ekspertų, atsiranda naujovių spragų, pvz., MTTP fazėje pirmiausia skiriamas gamybai skirtas dizainas (DFM), o tada virsta gamybos spraga, kai jau per vėlu atlikti ekonomiškus pakeitimus .
Aljansai, tokie kaip naujai įkurtas Universitetų aljansas, skirtas taikomajai hipergarsijai (UCAH), yra svarbi aplinka ugdyti talentus, reikalingus šioje srityje tobulėti.Studentai gali dirbti tiesiogiai su universitetų mokslininkais ir pramonės specialistais, kad sukurtų technologijas ir patobulintų svarbius hipergarsinius tyrimus.
Nors UCAH ir kiti gynybos konsorciumai įgaliojo narius užsiimti įvairiais inžineriniais darbais, reikia nuveikti daugiau, kad būtų ugdomi įvairūs ir patyrę talentai – nuo ​​projektavimo iki medžiagų kūrimo ir atrankos iki gamybos dirbtuvių.
Siekdamas suteikti ilgalaikę vertę šioje srityje, universitetų aljansas turi teikti prioritetą darbo jėgos plėtrai, derindamasis su pramonės poreikiais, įtraukdamas narius į pramonei tinkamus tyrimus ir investuodamas į programą.
Transformuojant hipergarsinę technologiją į didelio masto gamybinius projektus, didžiausias iššūkis yra esamas inžinerijos ir gamybos darbuotojų įgūdžių trūkumas.Jei ankstyvieji tyrimai neperžengia šio taikliai pavadinto mirties slėnio – atotrūkio tarp MTEP ir gamybos, o daugelis ambicingų projektų žlugo – tuomet netekome taikytino ir įmanomo sprendimo.
JAV gamybos pramonė gali pagreitinti viršgarsinį greitį, tačiau rizika atsilikti yra padidinti darbo jėgos dydį, kad jis atitiktų.Todėl vyriausybė ir universitetų plėtros konsorciumai turi bendradarbiauti su gamintojais, kad šie planai būtų įgyvendinti praktiškai.
Pramonė patyrė įgūdžių spragų nuo gamybos dirbtuvių iki inžinerinių laboratorijų – šios spragos tik didės, kai augs hipergarso rinka.Naujoms technologijoms reikia besiformuojančios darbo jėgos, kad galėtų plėsti žinias šioje srityje.
Hipergarsinis darbas apima kelias skirtingas pagrindines įvairių medžiagų ir konstrukcijų sritis, ir kiekviena sritis turi savo techninių iššūkių rinkinį.Jie reikalauja aukšto lygio išsamių žinių, o jei reikiamos kompetencijos nėra, tai gali sudaryti kliūtis plėtrai ir gamybai.Jei neturėsime pakankamai žmonių, kad išlaikytume darbo vietą, bus neįmanoma neatsilikti nuo didelės spartos gamybos paklausos.
Pavyzdžiui, mums reikia žmonių, galinčių sukurti galutinį produktą.UCAH ir kiti konsorciumai yra būtini siekiant skatinti modernią gamybą ir užtikrinti, kad būtų įtraukti studentai, besidomintys gamybos vaidmeniu.Dėdama tarpfunkcinių specialių darbo jėgos plėtros pastangų, pramonė per ateinančius kelerius metus galės išlaikyti konkurencinį pranašumą hipergarsinių skrydžių planuose.
Įsteigęs UCAH, Gynybos departamentas sukuria galimybę sutelkti dėmesį į pajėgumų kūrimą šioje srityje.Visi koalicijos nariai turi dirbti kartu, kad ugdytų studentų nišinius gebėjimus, kad galėtume kurti ir išlaikyti mokslinių tyrimų impulsą ir jį plėsti, kad būtų pasiekti rezultatai, kurių reikia mūsų šaliai.
Dabar uždarytas NASA Advanced Composites Alliance yra sėkmingų darbo jėgos plėtros pastangų pavyzdys.Jos efektyvumas yra mokslinių tyrimų ir plėtros darbo ir pramonės interesų derinimo rezultatas, o tai leidžia naujovėms plėstis visoje plėtros ekosistemoje.Pramonės lyderiai nuo dvejų iki ketverių metų tiesiogiai dirbo su NASA ir universitetais įgyvendindami projektus.Visi nariai įgijo profesinių žinių ir patirties, išmoko bendradarbiauti nekonkurencingoje aplinkoje ir ugdė kolegijos studentus, kad jie ateityje galėtų ugdyti pagrindinius pramonės žaidėjus.
Tokio tipo darbo jėgos plėtra užpildo pramonės spragas ir suteikia galimybę mažoms įmonėms greitai diegti naujoves ir įvairinti sritį, kad būtų pasiektas tolesnis augimas, palankus JAV nacionaliniam saugumui ir ekonominio saugumo iniciatyvoms.
Universitetų sąjungos, įskaitant UCAH, yra svarbus turtas hipergarsinėje srityje ir gynybos pramonėje.Nors jų tyrimai paskatino atsirandančias naujoves, didžiausia jų vertė yra gebėjimas apmokyti mūsų naujos kartos darbo jėgą.Dabar konsorciumas turi teikti pirmenybę investicijoms į tokius planus.Tai darydami jie gali padėti skatinti ilgalaikę hipergarsinių inovacijų sėkmę.
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.
Sudėtingų, aukštos inžinerijos gaminių (pvz., orlaivių komponentų) gamintojai kiekvieną kartą siekia tobulumo.Manevrui vietos nėra.
Kadangi orlaivių gamyba yra itin sudėtinga, gamintojai turi atidžiai valdyti kokybės procesą, daug dėmesio skirdami kiekvienam žingsniui.Tam reikia nuodugniai suprasti, kaip valdyti ir prisitaikyti prie dinamiškos gamybos, kokybės, saugos ir tiekimo grandinės problemų, laikantis reguliavimo reikalavimų.
Kadangi aukštos kokybės produktų pristatymui įtakos turi daug veiksnių, sunku valdyti sudėtingus ir dažnai besikeičiančius gamybos užsakymus.Kokybės procesas turi būti dinamiškas visais tikrinimo ir projektavimo, gamybos ir bandymų aspektais.Dėl pramonės 4.0 strategijų ir modernių gamybos sprendimų šie kokybės iššūkiai tapo lengviau valdomi ir įveikiami.
Tradicinis orlaivių gamybos dėmesys visada buvo skiriamas medžiagoms.Daugumos kokybės problemų šaltinis gali būti trapūs lūžiai, korozija, metalo nuovargis ar kiti veiksniai.Tačiau šiandieninėje orlaivių gamyboje yra pažangių, labai inžinerinių technologijų, kuriose naudojamos atsparios medžiagos.Produktų kūrimui naudojami labai specializuoti ir sudėtingi procesai bei elektroninės sistemos.Bendrieji operacijų valdymo programinės įrangos sprendimai gali nebepajėgti išspręsti itin sudėtingų problemų.
Sudėtingesnes dalis galima įsigyti iš pasaulinės tiekimo grandinės, todėl reikia daugiau dėmesio skirti jų integravimui visame surinkimo procese.Neapibrėžtumas kelia naujų iššūkių tiekimo grandinės matomumui ir kokybės valdymui.Norint užtikrinti tiek daug dalių ir gatavų gaminių kokybę, reikia geresnių ir labiau integruotų kokybės metodų.
Pramonė 4.0 reprezentuoja apdirbamosios pramonės plėtrą, o norint atitikti griežtus kokybės reikalavimus, reikia vis pažangesnių technologijų.Pagalbinės technologijos apima pramoninį daiktų internetą (IIoT), skaitmenines gijas, papildytą realybę (AR) ir nuspėjamąją analizę.
4.0 kokybė apibūdina duomenimis pagrįstą gamybos proceso kokybės metodą, apimantį produktus, procesus, planavimą, atitiktį ir standartus.Ji paremta, o ne pakeičiant tradicinius kokybės metodus, naudojant daug tų pačių naujų technologijų kaip ir pramoniniai analogai, įskaitant mašininį mokymąsi, prijungtus įrenginius, debesų kompiuteriją ir skaitmeninius dvynius, siekiant pakeisti organizacijos darbo eigą ir pašalinti galimus produktų ar procesų defektus.Tikimasi, kad „Quality 4.0“ atsiradimas dar labiau pakeis darbo vietos kultūrą, nes bus labiau pasikliaujama duomenimis ir labiau naudojama kokybė kaip bendro produkto kūrimo metodo dalis.
Quality 4.0 integruoja veiklos ir kokybės užtikrinimo (QA) klausimus nuo pat pradžių iki projektavimo etapo.Tai apima produktų konceptualizavimą ir projektavimą.Naujausi pramonės tyrimo rezultatai rodo, kad daugumoje rinkų nėra automatizuoto dizaino perdavimo proceso.Rankinis procesas palieka vietos klaidoms, nesvarbu, ar tai vidinė klaida, ar perdavimas tiekimo grandinės dizainui ir pakeitimams.
Be dizaino, „Quality 4.0“ taip pat naudoja į procesą orientuotą mašininį mokymąsi, kad sumažintų atliekų kiekį, sumažintų perdirbimą ir optimizuotų gamybos parametrus.Be to, ji taip pat išsprendžia produkto veikimo problemas po pristatymo, naudoja atsiliepimus vietoje, kad nuotoliniu būdu atnaujintų produkto programinę įrangą, palaiko klientų pasitenkinimą ir galiausiai užtikrina pakartotinį verslą.Ji tampa neatsiejama Pramonės 4.0 partnere.
Tačiau kokybė taikoma ne tik pasirinktoms gamybos grandims.4.0 kokybės įtraukimas gali įdiegti visapusišką požiūrį į kokybę gamybos organizacijose, todėl duomenų transformacinė galia tampa neatsiejama įmonės mąstymo dalimi.Atitiktis visuose organizacijos lygiuose prisideda prie bendros kokybės kultūros formavimo.
Joks gamybos procesas negali būti tobulas 100% laiko.Pasikeitusios sąlygos sukelia nenumatytų įvykių, kuriuos reikia ištaisyti.Tie, kurie turi patirties kokybės srityje, supranta, kad viskas yra apie judėjimą tobulumo link.Kaip užtikrinti, kad kokybė būtų įtraukta į procesą, kad problemos būtų aptiktos kuo anksčiau?Ką darysite radę defektą?Ar yra kokių nors išorinių veiksnių, sukeliančių šią problemą?Kokius patikros plano ar bandymo procedūros pakeitimus galite atlikti, kad ši problema nepasikartotų?
Sukurkite mentalitetą, kad kiekvienas gamybos procesas turi susijusį ir susijusį kokybės procesą.Įsivaizduokite ateitį, kurioje yra vienas su vienu santykiai ir nuolat matuojate kokybę.Kad ir kas nutiktų atsitiktinai, galima pasiekti puikią kokybę.Kiekvienas darbo centras kasdien peržiūri rodiklius ir pagrindinius veiklos rodiklius (KPI), kad nustatytų tobulinimo sritis prieš atsirandant problemoms.
Šioje uždarojo ciklo sistemoje kiekvienas gamybos procesas turi kokybės išvadą, kuri suteikia grįžtamąjį ryšį, kad procesas būtų sustabdytas, leisti procesui tęsti arba atlikti realiojo laiko pakeitimus.Sistemai įtakos neturi nuovargis ar žmogiškosios klaidos.Orlaivių gamybai sukurta uždarojo ciklo kokybės sistema yra būtina norint pasiekti aukštesnį kokybės lygį, sutrumpinti ciklo laiką ir užtikrinti atitiktį AS9100 standartams.
Prieš dešimt metų idėja sutelkti QA į produkto dizainą, rinkos tyrimus, tiekėjus, produktų paslaugas ar kitus veiksnius, turinčius įtakos klientų pasitenkinimui, buvo neįmanoma.Produkto dizainas suprantamas kaip aukštesnės valdžios institucijos;kokybė yra šių konstrukcijų įgyvendinimas surinkimo linijoje, nepaisant jų trūkumų.
Šiandien daugelis įmonių permąsto, kaip užsiimti verslu.2018 m. status quo gali būti nebeįmanomas.Vis daugiau gamintojų tampa vis protingesni.Turima daugiau žinių, o tai reiškia geresnį intelektą, kad pirmą kartą būtų sukurtas tinkamas produktas, kurio efektyvumas ir našumas didesnis.