Saskaņā ar ražošanas tehnoloģiju konsultāciju uzņēmuma SmarTech datiem aviācija ir otrā lielākā nozare, ko apkalpo piedevu ražošana (AM), kas ir otrā tikai medicīna.Tomēr joprojām trūkst izpratnes par keramikas materiālu piedevu ražošanas potenciālu aviācijas un kosmosa komponentu ātrā ražošanā, palielinātu elastību un izmaksu efektivitāti.AM var ražot stingrākas un vieglākas keramikas detaļas ātrāk un ilgtspējīgāk, samazinot darbaspēka izmaksas, samazinot manuālo montāžu un uzlabojot efektivitāti un veiktspēju, izmantojot modelēšanas ceļā izstrādātu dizainu, tādējādi samazinot gaisa kuģa svaru.Turklāt piedevu ražošanas keramikas tehnoloģija nodrošina gatavo detaļu izmēru kontroli, ja parametri ir mazāki par 100 mikroniem.
Tomēr vārds keramika var radīt nepareizu priekšstatu par trauslumu.Faktiski ar piedevām ražota keramika rada vieglākas, smalkākas detaļas ar lielu konstrukcijas izturību, stingrību un izturību pret plašu temperatūras diapazonu.Uz nākotni vērsti uzņēmumi pievēršas keramikas ražošanas komponentiem, tostarp sprauslām un dzenskrūvēm, elektriskajiem izolatoriem un turbīnu lāpstiņām.
Piemēram, augstas tīrības pakāpes alumīnija oksīdam ir augsta cietība, un tam ir spēcīga izturība pret koroziju un temperatūras diapazons.Alumīnija oksīda sastāvdaļas ir arī elektriski izolētas augstās temperatūrās, kas raksturīgas kosmosa sistēmās.
Keramika uz cirkonija bāzes var atbilst daudziem lietojumiem ar ārkārtējām materiālu prasībām un augstu mehānisko spriegumu, piemēram, augstas klases metāla veidnēm, vārstiem un gultņiem.Silīcija nitrīda keramikai ir augsta izturība, augsta stingrība un lieliska termiskā triecienizturība, kā arī laba ķīmiskā izturība pret dažādu skābju, sārmu un kausētu metālu koroziju.Silīcija nitrīdu izmanto izolatoriem, lāpstiņriteņiem un augstas temperatūras zemas dielektriskās antenas.
Kompozītmateriālu keramika nodrošina vairākas vēlamas īpašības.Ir pierādījies, ka uz silīcija bāzes izgatavota keramika, kurai pievienots alumīnija oksīds un cirkons, labi darbojas monokristālu lējumu ražošanā turbīnu lāpstiņām.Tas ir tāpēc, ka no šī materiāla izgatavotajai keramikas serdei ir ļoti zema termiskā izplešanās līdz 1500°C, augsta porainība, lieliska virsmas kvalitāte un laba izskalošanās spēja.Šo serdeņu drukāšana var radīt turbīnu konstrukcijas, kas var izturēt augstāku darba temperatūru un palielināt dzinēja efektivitāti.
Ir labi zināms, ka keramikas iesmidzināšana vai mehāniskā apstrāde ir ļoti sarežģīta, un mehāniskā apstrāde nodrošina ierobežotu piekļuvi ražotajām sastāvdaļām.Tādas funkcijas kā plānas sienas arī ir grūti apstrādāt.
Tomēr Lithoz izmanto uz litogrāfiju balstītu keramikas ražošanu (LCM), lai ražotu precīzus, sarežģītas formas 3D keramikas komponentus.
Sākot no CAD modeļa, detalizētās specifikācijas tiek digitāli pārsūtītas uz 3D printeri.Pēc tam uzklājiet precīzi izveidoto keramikas pulveri uz caurspīdīgās tvertnes augšdaļas.Pārvietojamā konstrukcijas platforma ir iegremdēta dubļos un pēc tam selektīvi pakļauta redzamai gaismai no apakšas.Slāņa attēlu ģenerē digitālā mikrospoguļa ierīce (DMD), kas savienota ar projekcijas sistēmu.Atkārtojot šo procesu, slāni pa slānim var izveidot trīsdimensiju zaļo daļu.Pēc termiskās pēcapstrādes saistviela tiek noņemta un zaļās daļas tiek saķepinātas-apvienotas īpašā karsēšanas procesā, lai iegūtu pilnīgi blīvu keramikas daļu ar izcilām mehāniskām īpašībām un virsmas kvalitāti.
LCM tehnoloģija nodrošina novatorisku, rentablu un ātrāku procesu turbīnu dzinēju komponentu liešanai, apejot dārgo un darbietilpīgo veidņu ražošanu, kas nepieciešama iesmidzināšanas formēšanai un zaudētā vaska liešanai.
LCM var arī sasniegt dizainu, ko nevar sasniegt ar citām metodēm, vienlaikus izmantojot daudz mazāk izejvielu nekā citas metodes.
Neskatoties uz lielo keramikas materiālu un LCM tehnoloģiju potenciālu, joprojām pastāv plaisa starp AM oriģinālo iekārtu ražotājiem (OEM) un kosmosa dizaineriem.
Viens no iemesliem var būt pretestība jaunām ražošanas metodēm nozarēs ar īpaši stingrām drošības un kvalitātes prasībām.Aviācijas un kosmosa ražošanai ir nepieciešami daudzi verifikācijas un kvalifikācijas procesi, kā arī rūpīga un stingra pārbaude.
Vēl viens šķērslis ir pārliecība, ka 3D druka galvenokārt ir piemērota tikai vienreizējai ātrai prototipēšanai, nevis jebkam, ko var izmantot gaisā.Atkal tas ir pārpratums, un ir pierādīts, ka 3D drukātās keramikas sastāvdaļas tiek izmantotas masveida ražošanā.
Kā piemēru var minēt turbīnu lāpstiņu ražošanu, kur AM keramikas procesā tiek iegūti monokristālu (SX) serdeņi, kā arī virziena sacietēšana (DS) un equiaxed casting (EX) supersakausējuma turbīnu lāpstiņas.Serdes ar sarežģītām atzaru struktūrām, vairākām sienām un aizmugurējām malām, kas mazākas par 200 μm, var izgatavot ātri un ekonomiski, un gala komponentiem ir nemainīga izmēru precizitāte un lieliska virsmas apdare.
Komunikācijas uzlabošana var apvienot kosmosa projektētājus un AM OEM un pilnībā uzticēties keramikas komponentiem, kas ražoti, izmantojot LCM un citas tehnoloģijas.Ir tehnoloģijas un zināšanas.Tai ir jāmaina domāšanas veids no AM attiecībā uz pētniecību un izstrādi un prototipu izstrādi, un tas ir jāuzskata par virzību uz priekšu liela mēroga komerciāliem lietojumiem.
Papildus izglītībai aviācijas un kosmosa uzņēmumi var arī ieguldīt laiku personālā, inženierzinātnēs un testēšanā.Ražotājiem ir jāpārzina dažādi keramikas, nevis metālu novērtēšanas standarti un metodes.Piemēram, divi galvenie Lithoz ASTM standarti konstrukcijas keramikai ir ASTM C1161 stiprības pārbaudei un ASTM C1421 izturības pārbaudei.Šie standarti attiecas uz keramiku, kas ražota ar visām metodēm.Keramikas piedevu ražošanā drukāšanas posms ir tikai formēšanas metode, un detaļas tiek pakļautas tāda paša veida saķepināšanai kā tradicionālā keramika.Tāpēc keramikas detaļu mikrostruktūra būs ļoti līdzīga parastajai apstrādei.
Pamatojoties uz nepārtrauktu materiālu un tehnoloģiju attīstību, mēs varam droši teikt, ka dizaineri iegūs vairāk datu.Jauni keramikas materiāli tiks izstrādāti un pielāgoti atbilstoši konkrētām inženiertehniskajām vajadzībām.Detaļas, kas izgatavotas no AM keramikas, pabeigs sertifikācijas procesu izmantošanai aviācijā.Un nodrošinās labākus projektēšanas rīkus, piemēram, uzlabotu modelēšanas programmatūru.
Sadarbojoties ar LCM tehniskajiem ekspertiem, aviācijas un kosmosa uzņēmumi var ieviest AM keramikas procesus iekšēji – saīsinot laiku, samazinot izmaksas un radot iespējas uzņēmuma paša intelektuālā īpašuma attīstībai.Ar tālredzību un ilgtermiņa plānošanu aviācijas un kosmosa uzņēmumi, kas investē keramikas tehnoloģijās, nākamajos desmit gados un turpmākajos gados var gūt ievērojamas priekšrocības visā savā ražošanas portfelī.
Nodibinot partnerību ar AM Ceramics, kosmosa oriģinālo iekārtu ražotāji ražos komponentus, kas iepriekš nebija iedomājami.
About the author: Shawn Allan is the vice president of additive manufacturing expert Lithoz. You can contact him at sallan@lithoz-america.com.
Šons Allans runās par grūtībām, kas saistītas ar efektīvu informēšanu par keramikas piedevu ražošanas priekšrocībām, Ceramics Expo izstādē Klīvlendā, Ohaio štatā 2021. gada 1. septembrī.
Lai gan hiperskaņas lidojumu sistēmu izstrāde pastāv jau gadu desmitiem, tagad tā ir kļuvusi par ASV nacionālās aizsardzības galveno prioritāti, ievedot šo jomu straujas izaugsmes un pārmaiņu stāvoklī.Kā unikālai multidisciplinārai jomai izaicinājums ir atrast ekspertus ar nepieciešamajām prasmēm, lai veicinātu tās attīstību.Tomēr, ja nav pietiekami daudz ekspertu, tas rada inovāciju plaisu, piemēram, izgatavojamības dizains (DFM) vispirms tiek likts pētniecības un izstrādes fāzē un pēc tam pārvēršas ražošanas nepilnībā, kad ir par vēlu veikt rentablas izmaiņas .
Alianses, piemēram, jaunizveidotā University Alliance for Applied Hypersonics (UCAH), nodrošina svarīgu vidi, lai attīstītu talantus, kas nepieciešami, lai attīstītu šo jomu.Studenti var strādāt tieši ar universitātes pētniekiem un nozares profesionāļiem, lai izstrādātu tehnoloģiju un veicinātu kritisko hiperskaņas pētījumu.
Lai gan UCAH un citi aizsardzības konsorciji ir pilnvarojuši dalībniekus iesaistīties dažādos inženiertehniskos darbos, ir jāiegulda vairāk darba, lai izkoptu daudzveidīgus un pieredzējušus talantus, sākot no dizaina līdz materiālu izstrādei un atlasei un beidzot ar ražošanas darbnīcām.
Lai nodrošinātu noturīgāku vērtību šajā jomā, universitāšu aliansei darbaspēka attīstība ir jānosaka par prioritāti, saskaņojot to ar nozares vajadzībām, iesaistot biedrus nozarei atbilstošā pētniecībā un investējot programmā.
Pārveidojot hiperskaņas tehnoloģiju par liela mēroga ražojamiem projektiem, lielākā problēma ir esošā inženierzinātņu un ražošanas darbaspēka prasmju trūkums.Ja agrīnie pētījumi nešķērso šo trāpīgi nosaukto nāves ieleju — plaisu starp pētniecību un izstrādi un ražošanu, un daudzi vērienīgi projekti ir cietuši neveiksmi, tad mēs esam zaudējuši piemērotu un īstenojamu risinājumu.
ASV apstrādes rūpniecība var paātrināt virsskaņas ātrumu, bet risks atpalikt ir palielināt darbaspēka apjomu, lai tas atbilstu.Tāpēc valdībai un augstskolu attīstības konsorcijiem ir jāsadarbojas ar ražotājiem, lai šos plānus īstenotu praksē.
Nozare ir pieredzējusi prasmju trūkumu no ražošanas darbnīcām līdz inženiertehniskajām laboratorijām — šīs nepilnības tikai palielināsies, pieaugot hiperskaņas tirgum.Jaunajām tehnoloģijām ir nepieciešams jauns darbaspēks, lai paplašinātu zināšanas šajā jomā.
Hiperskaņas darbs aptver vairākas dažādas dažādu materiālu un konstrukciju galvenās jomas, un katrai jomai ir savs tehnisko izaicinājumu kopums.Tie prasa augsta līmeņa detalizētas zināšanas, un, ja vajadzīgās zināšanas nepastāv, tas var radīt šķēršļus attīstībai un ražošanai.Ja mums nebūs pietiekami daudz cilvēku, lai uzturētu darbu, nebūs iespējams sekot līdzi pieprasījumam pēc ātrgaitas ražošanas.
Piemēram, mums ir vajadzīgi cilvēki, kas var izveidot galaproduktu.UCAH un citi konsorciji ir būtiski, lai veicinātu modernu ražošanu un nodrošinātu, ka tiek iekļauti studenti, kurus interesē ražošanas loma.Veicot starpfunkcionālus darbaspēka attīstības centienus, nozare turpmākajos gados spēs saglabāt konkurences priekšrocības hiperskaņas lidojumu plānos.
Izveidojot UCAH, Aizsardzības departaments rada iespēju pieņemt mērķtiecīgāku pieeju spēju veidošanai šajā jomā.Visiem koalīcijas locekļiem ir jāstrādā kopā, lai apmācītu studentu nišas spējas, lai mēs varētu veidot un uzturēt pētniecības impulsu un paplašināt to, lai sasniegtu mūsu valstij nepieciešamos rezultātus.
Tagad slēgtā NASA Advanced Composites Alliance ir veiksmīgas darbaspēka attīstības piemērs.Tās efektivitāte ir rezultāts, apvienojot pētniecības un attīstības darbu ar nozares interesēm, kas ļauj inovācijām paplašināties visā attīstības ekosistēmā.Nozares vadītāji ir strādājuši tieši ar NASA un universitātēm pie projektiem divus līdz četrus gadus.Visi dalībnieki ir attīstījuši profesionālās zināšanas un pieredzi, iemācījušies sadarboties vidē, kurā nav konkurences, un audzinājuši koledžas studentus attīstīties, lai nākotnē audzinātu galvenos nozares dalībniekus.
Šāda veida darbaspēka attīstība aizpilda nepilnības nozarē un sniedz mazajiem uzņēmumiem iespējas ātri ieviest jauninājumus un dažādot jomu, lai panāktu turpmāku izaugsmi, kas veicina ASV nacionālo drošību un ekonomiskās drošības iniciatīvas.
Universitāšu alianses, tostarp UCAH, ir svarīgas vērtības hiperskaņas jomā un aizsardzības nozarē.Lai gan viņu pētījumi ir veicinājuši jaunas inovācijas, to lielākā vērtība ir viņu spēja apmācīt mūsu nākamās paaudzes darbaspēku.Tagad konsorcijam par prioritāti jānosaka ieguldījumi šādos plānos.Šādi rīkojoties, tie var palīdzēt veicināt hiperskaņas inovācijas ilgtermiņa panākumus.
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.
Sarežģītu, augsti izstrādātu produktu (piemēram, lidmašīnu sastāvdaļu) ražotāji katru reizi ir apņēmušies sasniegt pilnību.Manevram nav vietas.
Tā kā lidmašīnu ražošana ir ārkārtīgi sarežģīta, ražotājiem rūpīgi jāpārvalda kvalitātes process, lielu uzmanību pievēršot katram solim.Tam nepieciešama padziļināta izpratne par to, kā pārvaldīt un pielāgoties dinamiskas ražošanas, kvalitātes, drošības un piegādes ķēdes jautājumiem, vienlaikus ievērojot normatīvās prasības.
Tā kā augstas kvalitātes produktu piegādi ietekmē daudzi faktori, ir grūti pārvaldīt sarežģītus un bieži mainīgus ražošanas pasūtījumus.Kvalitātes procesam jābūt dinamiskam visos pārbaudes un projektēšanas, ražošanas un testēšanas aspektos.Pateicoties Industry 4.0 stratēģijām un mūsdienīgiem ražošanas risinājumiem, šīs kvalitātes problēmas ir kļuvušas vieglāk pārvaldāmas un pārvaramas.
Lidmašīnu ražošanas tradicionālā uzmanība vienmēr ir bijusi materiāliem.Lielāko daļu kvalitātes problēmu cēlonis var būt trausls lūzums, korozija, metāla nogurums vai citi faktori.Tomēr mūsdienu lidmašīnu ražošanā ir iekļautas progresīvas, augsti izstrādātas tehnoloģijas, kurās tiek izmantoti izturīgi materiāli.Produktu radīšanā tiek izmantoti ļoti specializēti un sarežģīti procesi un elektroniskās sistēmas.Vispārējie operāciju pārvaldības programmatūras risinājumi var vairs nespēj atrisināt ārkārtīgi sarežģītas problēmas.
Sarežģītākas detaļas var iegādāties no globālās piegādes ķēdes, tāpēc vairāk uzmanības jāpievērš to integrēšanai visā montāžas procesā.Nenoteiktība rada jaunus izaicinājumus piegādes ķēdes redzamībai un kvalitātes vadībai.Lai nodrošinātu tik daudzu detaļu un gatavo produktu kvalitāti, ir vajadzīgas labākas un integrētākas kvalitātes metodes.
Rūpniecība 4.0 pārstāv apstrādes rūpniecības attīstību, un, lai izpildītu stingras kvalitātes prasības, ir nepieciešamas arvien progresīvākas tehnoloģijas.Atbalstītās tehnoloģijas ietver rūpniecisko lietu internetu (IIoT), digitālos pavedienus, paplašināto realitāti (AR) un prognozējošo analīzi.
Kvalitāte 4.0 apraksta uz datiem balstītu ražošanas procesa kvalitātes metodi, kas ietver produktus, procesus, plānošanu, atbilstību un standartus.Tā ir balstīta uz tradicionālajām kvalitātes metodēm, nevis aizstāj to, izmantojot daudzas no tām pašām jaunajām tehnoloģijām, kuras izmanto tās rūpnieciskajos ekvivalentos, tostarp mašīnmācību, savienotās ierīces, mākoņdatošanu un digitālos dvīņus, lai pārveidotu organizācijas darbplūsmu un novērstu iespējamos produktu vai procesu defektus.Paredzams, ka kvalitātes 4.0 parādīšanās vēl vairāk mainīs darba vietas kultūru, palielinot paļaušanos uz datiem un dziļāku kvalitātes izmantošanu kā daļu no kopējās produktu radīšanas metodes.
Kvalitāte 4.0 integrē darbības un kvalitātes nodrošināšanas (QA) jautājumus no sākuma līdz projektēšanas stadijai.Tas ietver produktu konceptualizāciju un dizainu.Jaunākie nozares apsekojumu rezultāti liecina, ka lielākajā daļā tirgu nav automatizēta dizaina nodošanas procesa.Manuālais process atstāj vietu kļūdām neatkarīgi no tā, vai tā ir iekšēja kļūda vai paziņošana par dizainu un izmaiņām piegādes ķēdē.
Papildus dizainam Quality 4.0 izmanto arī uz procesu orientētu mašīnmācību, lai samazinātu atkritumu daudzumu, samazinātu pārstrādi un optimizētu ražošanas parametrus.Turklāt tas atrisina arī produkta veiktspējas problēmas pēc piegādes, izmanto atsauksmes uz vietas, lai attālināti atjauninātu produkta programmatūru, uztur klientu apmierinātību un galu galā nodrošina atkārtotu darbību.Tā kļūst par nozares 4.0 neatņemamu partneri.
Tomēr kvalitāte attiecas ne tikai uz izvēlētajām ražošanas saitēm.Kvalitātes 4.0 iekļautība var ieviest visaptverošu kvalitātes pieeju ražošanas organizācijās, padarot datu pārveidojošo spēku par korporatīvās domāšanas neatņemamu sastāvdaļu.Atbilstība visos organizācijas līmeņos veicina vispārējas kvalitātes kultūras veidošanos.
Neviens ražošanas process nevar darboties perfekti 100% laika.Mainīgi apstākļi izraisa neparedzētus notikumus, kas prasa atlīdzību.Tie, kuriem ir pieredze kvalitātē, saprot, ka tas viss ir saistīts ar virzību uz pilnību.Kā nodrošināt kvalitātes iekļaušanu procesā, lai pēc iespējas agrāk atklātu problēmas?Ko jūs darīsiet, kad atradīsiet defektu?Vai ir kādi ārēji faktori, kas izraisa šo problēmu?Kādas izmaiņas varat veikt pārbaudes plānā vai testa procedūrā, lai novērstu šīs problēmas atkārtošanos?
Izveidojiet mentalitāti, ka katram ražošanas procesam ir saistīts un saistīts kvalitātes process.Iedomājieties nākotni, kurā pastāv individuālas attiecības un pastāvīgi mēra kvalitāti.Neatkarīgi no tā, kas notiek nejauši, var sasniegt nevainojamu kvalitāti.Katrs darba centrs katru dienu pārskata rādītājus un galvenos darbības rādītājus (KPI), lai noteiktu jomas, kurās ir nepieciešami uzlabojumi, pirms rodas problēmas.
Šajā slēgtā cikla sistēmā katram ražošanas procesam ir kvalitātes secinājums, kas nodrošina atgriezenisko saiti, lai apturētu procesu, ļautu procesam turpināties vai veiktu reāllaika korekcijas.Sistēmu neietekmē nogurums vai cilvēka kļūdas.Slēgtā cikla kvalitātes sistēma, kas paredzēta gaisa kuģu ražošanai, ir būtiska, lai sasniegtu augstāku kvalitātes līmeni, saīsinātu cikla laiku un nodrošinātu atbilstību AS9100 standartiem.
Pirms desmit gadiem ideja koncentrēt QA uz produktu dizainu, tirgus izpēti, piegādātājiem, produktu pakalpojumiem vai citiem faktoriem, kas ietekmē klientu apmierinātību, bija neiespējama.Tiek uzskatīts, ka produkta dizains nāk no augstākas iestādes;kvalitāte ir šo dizainu izpilde uz montāžas līnijas neatkarīgi no to trūkumiem.
Mūsdienās daudzi uzņēmumi pārdomā, kā veikt uzņēmējdarbību.Status quo 2018. gadā var vairs nebūt iespējams.Arvien vairāk ražotāju kļūst arvien gudrāki un gudrāki.Ir pieejams vairāk zināšanu, kas nozīmē labāku intelektu, lai pirmajā reizē izveidotu pareizo produktu ar augstāku efektivitāti un veiktspēju.