Volgens SmarTech, 'n vervaardigingstegnologie-konsultasiemaatskappy, is lugvaart die tweede grootste bedryf wat deur bykomende vervaardiging (AM) bedien word, net tweede na medisyne.Daar is egter steeds 'n gebrek aan bewustheid van die potensiaal van bykomende vervaardiging van keramiekmateriale in die vinnige vervaardiging van lugvaartkomponente, verhoogde buigsaamheid en kostedoeltreffendheid.AM kan sterker en ligter keramiekonderdele vinniger en meer volhoubaar vervaardig, wat arbeidskoste verminder, handsamestelling tot die minimum beperk, en doeltreffendheid en werkverrigting verbeter deur ontwerp wat deur modellering ontwikkel is, en sodoende die gewig van die vliegtuig verminder.Daarbenewens bied additiewe vervaardiging van keramiektegnologie dimensionele beheer van voltooide dele vir kenmerke kleiner as 100 mikron.
Die woord keramiek kan egter die wanopvatting van brosheid oproep.Trouens, keramiek wat deur middels vervaardig word, produseer ligter, fyner dele met groot strukturele sterkte, taaiheid en weerstand teen 'n wye temperatuurreeks.Vooruitskouende maatskappye wend hulle tot keramiekvervaardigingskomponente, insluitend spuitpunte en skroewe, elektriese isolators en turbinelemme.
Byvoorbeeld, hoë-suiwer alumina het 'n hoë hardheid, en het 'n sterk weerstand teen korrosie en temperatuur.Komponente gemaak van alumina is ook elektries isoleer teen die hoë temperature wat algemeen in lugvaartstelsels voorkom.
Sirkonium-gebaseerde keramiek kan aan baie toepassings voldoen met uiterste materiaalvereistes en hoë meganiese spanning, soos hoë-end metaal gietwerk, kleppe en laers.Silikonnitried-keramiek het hoë sterkte, hoë taaiheid en uitstekende termiese skokweerstand, sowel as goeie chemiese weerstand teen die korrosie van 'n verskeidenheid sure, alkalieë en gesmelte metale.Silikonnitried word gebruik vir isolators, waaiers en hoë-temperatuur lae-diëlektriese antennas.
Saamgestelde keramiek bied verskeie gewenste eienskappe.Silikon-gebaseerde keramiek bygevoeg met alumina en sirkoon het bewys dat dit goed presteer in die vervaardiging van enkelkristal gietstukke vir turbinelemme.Dit is omdat die keramiekkern wat van hierdie materiaal gemaak is, baie lae termiese uitsetting tot 1 500°C, hoë porositeit, uitstekende oppervlakgehalte en goeie uitloogbaarheid het.Die druk van hierdie kerne kan turbine-ontwerpe produseer wat hoër bedryfstemperature kan weerstaan ​​en enjindoeltreffendheid verhoog.
Dit is welbekend dat spuitgiet of bewerking van keramiek baie moeilik is, en bewerking bied beperkte toegang tot die komponente wat vervaardig word.Eienskappe soos dun mure is ook moeilik om te bewerk.
Lithoz gebruik egter litografie-gebaseerde keramiekvervaardiging (LCM) om presiese, kompleksvormige 3D-keramiekkomponente te vervaardig.
Vanaf die CAD-model word die gedetailleerde spesifikasies digitaal na die 3D-drukker oorgedra.Dien dan die presies geformuleerde keramiekpoeier aan die bokant van die deursigtige bak toe.Die beweegbare konstruksieplatform word in die modder gedompel en dan selektief aan sigbare lig van onder af blootgestel.Die laagbeeld word gegenereer deur 'n digitale mikrospieëltoestel (DMD) gekoppel aan die projeksiestelsel.Deur hierdie proses te herhaal, kan 'n driedimensionele groen deel laag vir laag gegenereer word.Na termiese nabehandeling word die bindmiddel verwyder en die groen dele word gesinter - gekombineer deur 'n spesiale verhittingsproses - om 'n heeltemal digte keramiekdeel met uitstekende meganiese eienskappe en oppervlakkwaliteit te produseer.
LCM-tegnologie bied 'n innoverende, koste-effektiewe en vinniger proses vir beleggingsgiet van turbine-enjinkomponente, wat die duur en moeisame vormvervaardiging wat nodig is vir spuitgietwerk en verlore wasgietwerk omseil.
LCM kan ook ontwerpe bereik wat nie deur ander metodes bereik kan word nie, terwyl baie minder grondstowwe as ander metodes gebruik word.
Ten spyte van die groot potensiaal van keramiekmateriaal en LCM-tegnologie, is daar steeds 'n gaping tussen AM-vervaardigers van oorspronklike toerusting (OEM) en lugvaartontwerpers.
Een rede kan wees weerstand teen nuwe vervaardigingsmetodes in nywerhede met besonder streng veiligheids- en kwaliteitvereistes.Lugvaartvervaardiging vereis baie verifikasie- en kwalifikasieprosesse, sowel as deeglike en streng toetsing.
Nog 'n struikelblok sluit in die oortuiging dat 3D-drukwerk hoofsaaklik net geskik is vir eenmalige vinnige prototipering, eerder as enigiets wat in die lug in gebruik geneem kan word.Weereens, dit is 'n misverstand, en daar is bewys dat 3D-gedrukte keramiekkomponente in massaproduksie gebruik word.
’n Voorbeeld is die vervaardiging van turbinelemme, waar die AM-keramiekproses enkelkristal (SX) kerns produseer, sowel as rigtinggewende stolling (DS) en gelykassige giet (EX) superlegerings turbinelemme.Kerne met komplekse takstrukture, veelvuldige mure en agterkante van minder as 200μm kan vinnig en ekonomies vervaardig word, en die finale komponente het konsekwente dimensionele akkuraatheid en uitstekende oppervlakafwerking.
Die verbetering van kommunikasie kan lugvaartontwerpers en AM OEM's byeenbring en ten volle vertrou op keramiekkomponente wat met behulp van LCM en ander tegnologieë vervaardig word.Tegnologie en kundigheid bestaan.Dit moet die denkwyse van AM vir R&D en prototipering verander, en dit sien as die pad vorentoe vir grootskaalse kommersiële toepassings.
Benewens onderwys, kan lugvaartmaatskappye ook tyd in personeel, ingenieurswese en toetsing belê.Vervaardigers moet vertroud wees met verskillende standaarde en metodes vir die evaluering van keramiek, nie metale nie.Byvoorbeeld, Lithoz se twee sleutel ASTM-standaarde vir strukturele keramiek is ASTM C1161 vir sterktetoetsing en ASTM C1421 vir taaiheidstoetsing.Hierdie standaarde is van toepassing op keramiek wat volgens alle metodes vervaardig word.In die vervaardiging van keramiektoevoegings is die drukstap net 'n vormingsmetode, en die dele ondergaan dieselfde tipe sintering as tradisionele keramiek.Daarom sal die mikrostruktuur van keramiekonderdele baie soortgelyk wees aan konvensionele bewerking.
Gebaseer op die voortdurende vooruitgang van materiale en tegnologie, kan ons met vertroue sê dat ontwerpers meer data sal kry.Nuwe keramiekmateriaal sal ontwikkel en aangepas word volgens spesifieke ingenieursbehoeftes.Onderdele gemaak van AM-keramiek sal die sertifiseringsproses voltooi vir gebruik in lugvaart.En sal beter ontwerpgereedskap verskaf, soos verbeterde modelleringsagteware.
Deur met LCM-tegniese kundiges saam te werk, kan lugvaartmaatskappye AM-keramiekprosesse intern instel - tyd verkort, koste verminder en geleenthede skep vir die ontwikkeling van die maatskappy se eie intellektuele eiendom.Met vooruitsig en langtermynbeplanning kan lugvaartmaatskappye wat in keramiektegnologie belê, aansienlike voordele in hul hele produksieportefeulje in die volgende tien jaar en daarna pluk.
Deur 'n vennootskap met AM Ceramics te vestig, sal vervaardigers van oorspronklike lugvaarttoerusting komponente vervaardig wat voorheen ondenkbaar was.
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 sal op 1 September 2021 by die Ceramics Expo in Cleveland, Ohio praat oor die probleme om die voordele van keramiekbymiddelvervaardiging effektief te kommunikeer.
Alhoewel die ontwikkeling van hipersoniese vlugstelsels al dekades lank bestaan, het dit nou die topprioriteit van die Amerikaanse nasionale verdediging geword, wat hierdie veld in 'n toestand van vinnige groei en verandering bring.As 'n unieke multidissiplinêre veld is die uitdaging om kundiges te vind met die nodige vaardighede om die ontwikkeling daarvan te bevorder.Wanneer daar egter nie genoeg kundiges is nie, skep dit 'n innovasiegaping, soos om ontwerp vir vervaardigbaarheid (DFM) eerste in die R&D-fase te plaas, en dan in 'n vervaardigingsgaping te verander wanneer dit te laat is om kostedoeltreffende veranderinge aan te bring.
Alliansies, soos die nuutgestigte University Alliance for Applied Hypersonics (UCAH), bied 'n belangrike omgewing vir die kweek van die talente wat nodig is om die veld te bevorder.Studente kan direk met universiteitsnavorsers en professionele persone in die bedryf saamwerk om tegnologie te ontwikkel en kritiese hipersoniese navorsing te bevorder.
Alhoewel UCAH en ander verdedigingskonsortia lede gemagtig het om by 'n verskeidenheid ingenieurswerke betrokke te raak, moet meer werk gedoen word om diverse en ervare talente te kweek, van ontwerp tot materiaalontwikkeling en seleksie tot vervaardigingswerkswinkels.
Ten einde meer blywende waarde in die veld te verskaf, moet die universiteitsalliansie werksmagontwikkeling 'n prioriteit maak deur in lyn te kom met die industrie se behoeftes, lede te betrek by industrie-geskikte navorsing, en te belê in die program.
Wanneer hipersoniese tegnologie in grootskaalse vervaardigbare projekte omskep word, is die bestaande gaping in ingenieurs- en vervaardigingsarbeidsvaardigheid die grootste uitdaging.As vroeë navorsing nie hierdie gepas benoemde vallei van dood deurkruis nie - die gaping tussen R&D en vervaardiging, en baie ambisieuse projekte het misluk - dan het ons 'n toepaslike en haalbare oplossing verloor.
Die Amerikaanse vervaardigingsbedryf kan die supersoniese spoed versnel, maar die risiko om agter te raak is om die grootte van die arbeidsmag uit te brei om te pas.Daarom moet die regering en universiteitsontwikkelingskonsortia met vervaardigers saamwerk om hierdie planne in die praktyk te bring.
Die bedryf het vaardigheidsgapings van vervaardigingswerkswinkels tot ingenieurslaboratoriums ervaar - hierdie gapings sal net groter word namate die hipersoniese mark groei.Ontluikende tegnologieë vereis 'n opkomende arbeidsmag om kennis in die veld uit te brei.
Hipersoniese werk strek oor verskeie verskillende sleutelareas van verskeie materiale en strukture, en elke area het sy eie stel tegniese uitdagings.Hulle vereis 'n hoë vlak van gedetailleerde kennis, en as die vereiste kundigheid nie bestaan ​​nie, kan dit struikelblokke vir ontwikkeling en produksie skep.As ons nie genoeg mense het om die werk in stand te hou nie, sal dit onmoontlik wees om tred te hou met die vraag na hoëspoedproduksie.
Ons het byvoorbeeld mense nodig wat die finale produk kan bou.UCAH en ander konsortia is noodsaaklik om moderne vervaardiging te bevorder en te verseker dat studente wat belangstel in die rol van vervaardiging ingesluit word.Deur kruisfunksionele toegewyde werksmagontwikkelingspogings sal die bedryf in die volgende paar jaar 'n mededingende voordeel in hipersoniese vlugplanne kan handhaaf.
Deur UCAH te vestig, skep die Departement van Verdediging 'n geleentheid om 'n meer gefokusde benadering tot die bou van vermoëns in hierdie gebied aan te neem.Alle koalisielede moet saamwerk om die studente se nisvermoëns op te lei sodat ons die momentum van navorsing kan bou en behou en dit kan uitbrei om die resultate te lewer wat ons land nodig het.
Die nou geslote NASA Advanced Composites Alliance is 'n voorbeeld van 'n suksesvolle arbeidsmagontwikkelingspoging.Die doeltreffendheid daarvan is die resultaat van die kombinasie van R&D-werk met bedryfsbelange, wat innovasie in staat stel om deur die hele ontwikkeling-ekosisteem uit te brei.Bedryfsleiers het vir twee tot vier jaar direk met NASA en universiteite aan projekte gewerk.Alle lede het professionele kennis en ervaring ontwikkel, geleer om in 'n nie-mededingende omgewing saam te werk, en kollegestudente gekoester om te ontwikkel om sleutelrolspelers in die industrie in die toekoms te koester.
Hierdie tipe arbeidsmagontwikkeling vul leemtes in die bedryf en bied geleenthede vir klein besighede om vinnig te innoveer en die veld te diversifiseer om verdere groei te bereik wat bevorderlik is vir Amerikaanse nasionale veiligheid en ekonomiese sekuriteitsinisiatiewe.
Universiteitsalliansies, insluitend UCAH, is belangrike bates in die hipersoniese veld en verdedigingsbedryf.Alhoewel hul navorsing opkomende innovasies bevorder het, lê hul grootste waarde in hul vermoë om ons volgende generasie arbeidsmag op te lei.Die konsortium moet nou belegging in sulke planne prioritiseer.Deur dit te doen, kan hulle help om die langtermyn sukses van hipersoniese innovasie te bevorder.
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.
Vervaardigers van komplekse, hoogs gemanipuleerde produkte (soos vliegtuigkomponente) is elke keer verbind tot perfeksie.Daar is geen beweegruimte nie.
Omdat vliegtuigproduksie uiters kompleks is, moet vervaardigers die gehalteproses noukeurig bestuur en groot aandag aan elke stap gee.Dit vereis 'n diepgaande begrip van hoe om dinamiese produksie-, kwaliteit-, veiligheid- en voorsieningskettingkwessies te bestuur en daarby aan te pas terwyl aan regulatoriese vereistes voldoen word.
Omdat baie faktore die lewering van produkte van hoë gehalte beïnvloed, is dit moeilik om komplekse en gereeld veranderende produksiebestellings te bestuur.Die kwaliteitsproses moet dinamies wees in elke aspek van inspeksie en ontwerp, produksie en toetsing.Danksy Industry 4.0-strategieë en moderne vervaardigingsoplossings het hierdie kwaliteit-uitdagings makliker geword om te bestuur en te oorkom.
Die tradisionele fokus van vliegtuigproduksie was nog altyd op materiaal.Die bron van die meeste kwaliteitprobleme kan bros breuk, korrosie, metaalmoegheid of ander faktore wees.Vandag se vliegtuigproduksie sluit egter gevorderde, hoogs gemanipuleerde tegnologie in wat weerstandbiedende materiale gebruik.Produkskepping gebruik hoogs gespesialiseerde en komplekse prosesse en elektroniese stelsels.Algemene operasionele bestuur sagteware oplossings kan dalk nie meer uiters komplekse probleme oplos nie.
Meer komplekse onderdele kan van die wêreldwye voorsieningsketting aangekoop word, so meer oorweging moet gegee word om dit regdeur die monteerproses te integreer.Onsekerheid bring nuwe uitdagings vir voorsieningskettingsigbaarheid en kwaliteitbestuur.Om die kwaliteit van soveel onderdele en voltooide produkte te verseker, vereis beter en meer geïntegreerde kwaliteit metodes.
Industry 4.0 verteenwoordig die ontwikkeling van die vervaardigingsbedryf, en al hoe meer gevorderde tegnologieë word benodig om aan streng gehaltevereistes te voldoen.Ondersteunende tegnologieë sluit in Industrial Internet of Things (IIoT), digitale drade, augmented reality (AR) en voorspellende analise.
Kwaliteit 4.0 beskryf 'n data-gedrewe produksieproses kwaliteit metode wat produkte, prosesse, beplanning, voldoening en standaarde behels.Dit is gebou op eerder as om tradisionele kwaliteit metodes te vervang, deur baie van dieselfde nuwe tegnologie as sy industriële eweknieë te gebruik, insluitend masjienleer, gekoppelde toestelle, wolkrekenaars en digitale tweeling om die organisasie se werkvloei te transformeer en moontlike produkte of prosesse Defekte uit te skakel.Die opkoms van Kwaliteit 4.0 sal na verwagting die werkplekkultuur verder verander deur toenemende vertroue op data en 'n dieper gebruik van kwaliteit as deel van die algehele produkskeppingsmetode.
Kwaliteit 4.0 integreer operasionele en kwaliteitsversekering (QA) kwessies van die begin tot die ontwerp stadium.Dit sluit in hoe om produkte te konseptualiseer en ontwerp.Onlangse bedryfsopnameresultate dui daarop dat die meeste markte nie 'n outomatiese ontwerpoordragproses het nie.Die handproses laat ruimte vir foute, of dit nou 'n interne fout is of om ontwerp en veranderinge aan die voorsieningsketting te kommunikeer.
Benewens ontwerp, gebruik Quality 4.0 ook prosesgesentreerde masjienleer om vermorsing te verminder, herbewerking te verminder en produksieparameters te optimaliseer.Daarbenewens los dit ook produkprestasiekwessies op na aflewering, gebruik terugvoer ter plaatse om produksagteware op afstand op te dateer, handhaaf klanttevredenheid, en verseker uiteindelik herhaalde besigheid.Dit word 'n onafskeidbare vennoot van Industry 4.0.
Kwaliteit is egter nie net van toepassing op geselekteerde vervaardigingsskakels nie.Die inklusiwiteit van Kwaliteit 4.0 kan 'n omvattende gehaltebenadering by vervaardigingsorganisasies vestig, wat die transformerende krag van data 'n integrale deel van korporatiewe denke maak.Nakoming op alle vlakke van die organisasie dra by tot die vorming van 'n algehele kwaliteit kultuur.
Geen produksieproses kan in 100% van die tyd perfek verloop nie.Veranderende toestande veroorsaak onvoorsiene gebeure wat herstel vereis.Diegene wat ervaring in kwaliteit het, verstaan ​​dat dit alles gaan oor die proses om na perfeksie te beweeg.Hoe verseker jy dat kwaliteit in die proses geïnkorporeer word om probleme so vroeg as moontlik op te spoor?Wat sal jy doen wanneer jy die gebrek vind?Is daar enige eksterne faktore wat hierdie probleem veroorsaak?Watter veranderinge kan jy aan die inspeksieplan of toetsprosedure maak om te verhoed dat hierdie probleem weer gebeur?
Vestig 'n mentaliteit dat elke produksieproses 'n verwante en verwante kwaliteitsproses het.Stel jou 'n toekoms voor waar daar 'n een-tot-een verhouding is en meet voortdurend kwaliteit.Maak nie saak wat lukraak gebeur nie, perfekte kwaliteit kan bereik word.Elke werksentrum hersien daagliks aanwysers en sleutelprestasie-aanwysers (KPI's) om areas vir verbetering te identifiseer voordat probleme voorkom.
In hierdie geslotelusstelsel het elke produksieproses 'n kwaliteitafleiding, wat terugvoer verskaf om die proses te stop, die proses toe te laat om voort te gaan, of intydse aanpassings te maak.Die stelsel word nie deur moegheid of menslike foute beïnvloed nie.’n Geslote-lus-gehaltestelsel wat ontwerp is vir vliegtuigproduksie is noodsaaklik om hoër gehaltevlakke te bereik, siklustye te verkort en voldoening aan AS9100-standaarde te verseker.
Tien jaar gelede was die idee om QA op produkontwerp, marknavorsing, verskaffers, produkdienste of ander faktore wat klanttevredenheid beïnvloed, onmoontlik.Produkontwerp word verstaan ​​as kom van 'n hoër gesag;kwaliteit gaan oor die uitvoering van hierdie ontwerpe op die monteerlyn, ongeag hul tekortkominge.
Vandag heroorweeg baie maatskappye hoe om sake te doen.Die status quo in 2018 is dalk nie meer moontlik nie.Al hoe meer vervaardigers word slimmer en slimmer.Meer kennis is beskikbaar, wat beter intelligensie beteken om die regte produk in die eerste keer te bou, met hoër doeltreffendheid en werkverrigting.