Menurut SmarTech, sebuah syarikat perunding teknologi pembuatan, aeroangkasa ialah industri kedua terbesar yang disediakan oleh pembuatan aditif (AM), kedua selepas perubatan.Walau bagaimanapun, masih terdapat kekurangan kesedaran tentang potensi pembuatan bahan tambahan bahan seramik dalam pembuatan pesat komponen aeroangkasa, peningkatan fleksibiliti dan keberkesanan kos.AM boleh menghasilkan bahagian seramik yang lebih kuat dan ringan dengan lebih pantas dan lebih mampan-mengurangkan kos buruh, meminimumkan pemasangan manual, dan meningkatkan kecekapan dan prestasi melalui reka bentuk yang dibangunkan melalui pemodelan, dengan itu mengurangkan berat pesawat.Selain itu, teknologi seramik pembuatan bahan tambahan menyediakan kawalan dimensi bahagian siap untuk ciri yang lebih kecil daripada 100 mikron.
Walau bagaimanapun, perkataan seramik mungkin menimbulkan salah tanggapan tentang kerapuhan.Malah, seramik buatan aditif menghasilkan bahagian yang lebih ringan dan halus dengan kekuatan struktur yang hebat, keliatan dan rintangan kepada julat suhu yang luas.Syarikat yang berpandangan ke hadapan beralih kepada komponen pembuatan seramik, termasuk muncung dan kipas, penebat elektrik dan bilah turbin.
Sebagai contoh, alumina ketulenan tinggi mempunyai kekerasan yang tinggi, dan mempunyai rintangan kakisan yang kuat dan julat suhu.Komponen yang diperbuat daripada alumina juga merupakan penebat elektrik pada suhu tinggi yang biasa dalam sistem aeroangkasa.
Seramik berasaskan zirkonia boleh memenuhi banyak aplikasi dengan keperluan bahan yang melampau dan tekanan mekanikal yang tinggi, seperti pengacuan logam mewah, injap dan galas.Seramik silikon nitrida mempunyai kekuatan tinggi, keliatan tinggi dan rintangan kejutan haba yang sangat baik, serta rintangan kimia yang baik terhadap kakisan pelbagai asid, alkali dan logam lebur.Silikon nitrida digunakan untuk penebat, pendesak, dan antena dielektrik rendah suhu tinggi.
Seramik komposit memberikan beberapa kualiti yang diingini.Seramik berasaskan silikon ditambah dengan alumina dan zirkon telah terbukti berprestasi baik dalam pembuatan tuangan kristal tunggal untuk bilah turbin.Ini kerana teras seramik yang diperbuat daripada bahan ini mempunyai pengembangan haba yang sangat rendah sehingga 1,500°C, keliangan yang tinggi, kualiti permukaan yang sangat baik dan kebolehlarutan yang baik.Mencetak teras ini boleh menghasilkan reka bentuk turbin yang boleh menahan suhu operasi yang lebih tinggi dan meningkatkan kecekapan enjin.
Adalah diketahui umum bahawa pengacuan suntikan atau pemesinan seramik adalah sangat sukar, dan pemesinan menyediakan akses terhad kepada komponen yang dikeluarkan.Ciri-ciri seperti dinding nipis juga sukar untuk dimesin.
Walau bagaimanapun, Lithoz menggunakan pembuatan seramik berasaskan litografi (LCM) untuk menghasilkan komponen seramik 3D berbentuk kompleks yang tepat.
Bermula dari model CAD, spesifikasi terperinci dipindahkan secara digital ke pencetak 3D.Kemudian sapukan serbuk seramik yang dirumus dengan tepat ke bahagian atas tong lutsinar.Platform pembinaan boleh alih direndam dalam lumpur dan kemudian secara terpilih didedahkan kepada cahaya yang boleh dilihat dari bawah.Imej lapisan dijana oleh peranti mikro-cermin digital (DMD) ditambah dengan sistem unjuran.Dengan mengulangi proses ini, bahagian hijau tiga dimensi boleh dijana lapisan demi lapisan.Selepas rawatan selepas terma, pengikat dikeluarkan dan bahagian hijau disinter-digabungkan dengan proses pemanasan khas-untuk menghasilkan bahagian seramik yang padat sepenuhnya dengan sifat mekanikal dan kualiti permukaan yang sangat baik.
Teknologi LCM menyediakan proses yang inovatif, kos efektif dan lebih pantas untuk pelaburan tuangan komponen enjin turbin-memintas pembuatan acuan yang mahal dan susah payah yang diperlukan untuk pengacuan suntikan dan tuangan lilin yang hilang.
LCM juga boleh mencapai reka bentuk yang tidak boleh dicapai dengan kaedah lain, sambil menggunakan bahan mentah yang jauh lebih sedikit daripada kaedah lain.
Walaupun potensi besar bahan seramik dan teknologi LCM, masih terdapat jurang antara pengeluar peralatan asli (OEM) AM dan pereka aeroangkasa.
Satu sebab mungkin adalah penentangan terhadap kaedah pembuatan baharu dalam industri dengan keperluan keselamatan dan kualiti yang ketat.Pembuatan aeroangkasa memerlukan banyak proses pengesahan dan kelayakan, serta ujian yang teliti dan ketat.
Halangan lain termasuk kepercayaan bahawa pencetakan 3D terutamanya hanya sesuai untuk prototaip pantas sekali, dan bukannya apa-apa yang boleh digunakan di udara.Sekali lagi, ini adalah salah faham, dan komponen seramik cetakan 3D telah terbukti digunakan dalam pengeluaran besar-besaran.
Contohnya ialah pembuatan bilah turbin, di mana proses seramik AM menghasilkan teras kristal tunggal (SX), serta bilah turbin superalloy pemejalan arah (DS) dan tuangan sama (EX).Teras dengan struktur cawangan yang kompleks, berbilang dinding dan tepi mengekor kurang daripada 200μm boleh dihasilkan dengan cepat dan menjimatkan, dan komponen akhir mempunyai ketepatan dimensi yang konsisten dan kemasan permukaan yang sangat baik.
Meningkatkan komunikasi boleh menghimpunkan pereka aeroangkasa dan AM OEM serta mempercayai sepenuhnya komponen seramik yang dihasilkan menggunakan LCM dan teknologi lain.Teknologi dan kepakaran wujud.Ia perlu mengubah cara berfikir daripada AM untuk R&D dan prototaip, dan melihatnya sebagai jalan ke hadapan untuk aplikasi komersial berskala besar.
Selain pendidikan, syarikat aeroangkasa juga boleh melaburkan masa dalam kakitangan, kejuruteraan dan ujian.Pengilang mesti biasa dengan piawaian dan kaedah yang berbeza untuk menilai seramik, bukan logam.Sebagai contoh, dua piawaian ASTM utama Lithoz untuk seramik struktur ialah ASTM C1161 untuk ujian kekuatan dan ASTM C1421 untuk ujian keliatan.Piawaian ini digunakan untuk seramik yang dihasilkan oleh semua kaedah.Dalam pembuatan bahan tambahan seramik, langkah pencetakan hanyalah kaedah pembentukan, dan bahagian-bahagiannya menjalani jenis pensinteran yang sama seperti seramik tradisional.Oleh itu, struktur mikro bahagian seramik akan sangat serupa dengan pemesinan konvensional.
Berdasarkan kemajuan berterusan bahan dan teknologi, kami dengan yakin boleh mengatakan bahawa pereka akan mendapat lebih banyak data.Bahan seramik baharu akan dibangunkan dan disesuaikan mengikut keperluan kejuruteraan khusus.Bahagian yang diperbuat daripada seramik AM akan melengkapkan proses pensijilan untuk digunakan dalam aeroangkasa.Dan akan menyediakan alat reka bentuk yang lebih baik, seperti perisian pemodelan yang dipertingkatkan.
Dengan bekerjasama dengan pakar teknikal LCM, syarikat aeroangkasa boleh memperkenalkan proses seramik AM yang memendekkan masa secara dalaman, mengurangkan kos dan mewujudkan peluang untuk pembangunan harta intelek syarikat itu sendiri.Dengan berpandangan jauh dan perancangan jangka panjang, syarikat aeroangkasa yang melabur dalam teknologi seramik boleh meraih faedah yang ketara dalam keseluruhan portfolio pengeluaran mereka dalam tempoh sepuluh tahun akan datang dan seterusnya.
Dengan mewujudkan perkongsian dengan AM Ceramics, pengeluar peralatan asli aeroangkasa akan menghasilkan komponen yang sebelum ini tidak dapat dibayangkan.
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 akan bercakap mengenai kesukaran menyampaikan secara berkesan kelebihan pembuatan bahan tambahan seramik di Ekspo Seramik di Cleveland, Ohio pada 1 September 2021.
Walaupun pembangunan sistem penerbangan hipersonik telah wujud selama beberapa dekad, ia kini telah menjadi keutamaan utama pertahanan negara AS, membawa bidang ini ke dalam keadaan pertumbuhan dan perubahan yang pesat.Sebagai bidang multidisiplin yang unik, cabarannya adalah untuk mencari pakar dengan kemahiran yang diperlukan untuk mempromosikan pembangunannya.Walau bagaimanapun, apabila tiada pakar yang mencukupi, ia mewujudkan jurang inovasi, seperti meletakkan reka bentuk untuk kebolehkilangan (DFM) terlebih dahulu dalam fasa R&D, dan kemudian bertukar menjadi jurang pembuatan apabila sudah terlambat untuk membuat perubahan yang menjimatkan kos .
Perikatan, seperti Universiti Alliance for Applied Hypersonics (UCAH) yang baru ditubuhkan, menyediakan persekitaran yang penting untuk memupuk bakat yang diperlukan untuk memajukan bidang tersebut.Pelajar boleh bekerja secara langsung dengan penyelidik universiti dan profesional industri untuk membangunkan teknologi dan memajukan penyelidikan hipersonik kritikal.
Walaupun UCAH dan konsortium pertahanan lain memberi kuasa kepada ahli untuk terlibat dalam pelbagai pekerjaan kejuruteraan, lebih banyak kerja mesti dilakukan untuk memupuk bakat yang pelbagai dan berpengalaman, daripada reka bentuk kepada pembangunan bahan dan pemilihan kepada bengkel pembuatan.
Untuk memberikan nilai yang lebih berkekalan dalam bidang tersebut, pakatan universiti mesti menjadikan pembangunan tenaga kerja sebagai keutamaan dengan menyelaraskan keperluan industri, melibatkan ahli dalam penyelidikan yang sesuai dengan industri, dan melabur dalam program tersebut.
Apabila mengubah teknologi hipersonik kepada projek boleh kilang berskala besar, jurang kemahiran buruh kejuruteraan dan pembuatan sedia ada merupakan cabaran terbesar.Jika penyelidikan awal tidak menyeberangi lembah kematian yang dinamakan tepat ini—jurang antara R&D dan pembuatan, dan banyak projek bercita-cita tinggi telah gagal—maka kita telah kehilangan penyelesaian yang boleh digunakan dan boleh dilaksanakan.
Industri pembuatan AS boleh mempercepatkan kelajuan supersonik, tetapi risiko ketinggalan adalah untuk mengembangkan saiz tenaga buruh untuk dipadankan.Oleh itu, kerajaan dan konsortium pembangunan universiti mesti bekerjasama dengan pengeluar untuk melaksanakan rancangan ini.
Industri mengalami jurang kemahiran daripada bengkel pembuatan hingga ke makmal kejuruteraan-jurang ini hanya akan melebar apabila pasaran hipersonik berkembang.Teknologi baru muncul memerlukan tenaga buruh yang baru muncul untuk mengembangkan pengetahuan dalam bidang tersebut.
Kerja hipersonik merangkumi beberapa bidang utama yang berbeza dari pelbagai bahan dan struktur, dan setiap kawasan mempunyai set cabaran teknikalnya sendiri.Mereka memerlukan tahap pengetahuan terperinci yang tinggi, dan jika kepakaran yang diperlukan tidak wujud, ini boleh mewujudkan halangan kepada pembangunan dan pengeluaran.Jika kita tidak mempunyai cukup orang untuk mengekalkan kerja, adalah mustahil untuk bersaing dengan permintaan untuk pengeluaran berkelajuan tinggi.
Sebagai contoh, kita memerlukan orang yang boleh membina produk akhir.UCAH dan konsortia lain adalah penting untuk mempromosikan pembuatan moden dan memastikan pelajar yang berminat dalam peranan pembuatan disertakan.Melalui usaha pembangunan tenaga kerja berdedikasi merentas fungsi, industri akan dapat mengekalkan kelebihan daya saing dalam rancangan penerbangan hipersonik dalam beberapa tahun akan datang.
Dengan menubuhkan UCAH, Jabatan Pertahanan mencipta peluang untuk menerima pakai pendekatan yang lebih fokus untuk membina keupayaan dalam bidang ini.Semua ahli gabungan mesti bekerjasama untuk melatih keupayaan niche pelajar supaya kita dapat membina dan mengekalkan momentum penyelidikan dan mengembangkannya untuk menghasilkan hasil yang diperlukan negara kita.
NASA Advanced Composites Alliance yang kini ditutup adalah contoh usaha pembangunan tenaga kerja yang berjaya.Keberkesanannya adalah hasil gabungan kerja R&D dengan kepentingan industri, yang membolehkan inovasi berkembang di seluruh ekosistem pembangunan.Pemimpin industri telah bekerja secara langsung dengan NASA dan universiti dalam projek selama dua hingga empat tahun.Semua ahli telah membangunkan pengetahuan dan pengalaman profesional, belajar untuk bekerjasama dalam persekitaran yang tidak kompetitif, dan memupuk pelajar kolej untuk membangun untuk memupuk pemain industri utama pada masa hadapan.
Jenis pembangunan tenaga kerja ini mengisi jurang dalam industri dan memberi peluang kepada perniagaan kecil untuk berinovasi dengan cepat dan mempelbagaikan bidang untuk mencapai pertumbuhan selanjutnya yang kondusif kepada inisiatif keselamatan negara dan keselamatan ekonomi AS.
Perikatan universiti termasuk UCAH adalah aset penting dalam bidang hipersonik dan industri pertahanan.Walaupun penyelidikan mereka telah mempromosikan inovasi baru muncul, nilai terbesar mereka terletak pada keupayaan mereka untuk melatih tenaga kerja generasi akan datang.Konsortium kini perlu mengutamakan pelaburan dalam rancangan tersebut.Dengan berbuat demikian, mereka boleh membantu memupuk kejayaan jangka panjang inovasi hipersonik.
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.
Pengeluar produk yang kompleks dan sangat kejuruteraan (seperti komponen pesawat) komited untuk kesempurnaan setiap masa.Tiada ruang untuk bergerak.
Oleh kerana pengeluaran pesawat adalah sangat kompleks, pengeluar mesti berhati-hati menguruskan proses kualiti, memberi perhatian yang besar kepada setiap langkah.Ini memerlukan pemahaman yang mendalam tentang cara mengurus dan menyesuaikan diri dengan isu pengeluaran, kualiti, keselamatan dan rantaian bekalan yang dinamik sambil memenuhi keperluan kawal selia.
Oleh kerana banyak faktor mempengaruhi penghantaran produk berkualiti tinggi, adalah sukar untuk menguruskan pesanan pengeluaran yang kompleks dan kerap berubah.Proses kualiti mestilah dinamik dalam setiap aspek pemeriksaan dan reka bentuk, pengeluaran dan ujian.Terima kasih kepada strategi Industri 4.0 dan penyelesaian pembuatan moden, cabaran kualiti ini menjadi lebih mudah untuk diurus dan diatasi.
Tumpuan tradisional pengeluaran pesawat sentiasa tertumpu pada bahan.Punca kebanyakan masalah kualiti mungkin patah rapuh, kakisan, keletihan logam atau faktor lain.Walau bagaimanapun, pengeluaran pesawat hari ini termasuk teknologi canggih dan kejuruteraan tinggi yang menggunakan bahan tahan.Penciptaan produk menggunakan proses dan sistem elektronik yang sangat khusus dan kompleks.Penyelesaian perisian pengurusan operasi am mungkin tidak lagi dapat menyelesaikan masalah yang sangat kompleks.
Bahagian yang lebih kompleks boleh dibeli daripada rantaian bekalan global, jadi lebih banyak pertimbangan mesti diberikan untuk mengintegrasikannya sepanjang proses pemasangan.Ketidakpastian membawa cabaran baharu kepada keterlihatan rantaian bekalan dan pengurusan kualiti.Memastikan kualiti begitu banyak bahagian dan produk siap memerlukan kaedah kualiti yang lebih baik dan lebih bersepadu.
Industri 4.0 mewakili pembangunan industri pembuatan, dan semakin banyak teknologi termaju diperlukan untuk memenuhi keperluan kualiti yang ketat.Teknologi sokongan termasuk Industrial Internet of Things (IIoT), benang digital, realiti tambahan (AR) dan analitik ramalan.
Kualiti 4.0 menerangkan kaedah kualiti proses pengeluaran dipacu data yang melibatkan produk, proses, perancangan, pematuhan dan piawaian.Ia dibina daripada menggantikan kaedah kualiti tradisional, menggunakan banyak teknologi baharu yang sama seperti rakan industrinya, termasuk pembelajaran mesin, peranti bersambung, pengkomputeran awan dan kembar digital untuk mengubah aliran kerja organisasi dan menghapuskan kemungkinan produk atau proses Kecacatan.Kemunculan Kualiti 4.0 dijangka akan mengubah lagi budaya tempat kerja dengan meningkatkan pergantungan pada data dan penggunaan kualiti yang lebih mendalam sebagai sebahagian daripada kaedah penciptaan produk secara keseluruhan.
Kualiti 4.0 menyepadukan isu operasi dan jaminan kualiti (QA) dari awal hingga peringkat reka bentuk.Ini termasuk cara mengkonseptualisasikan dan mereka bentuk produk.Keputusan tinjauan industri terkini menunjukkan bahawa kebanyakan pasaran tidak mempunyai proses pemindahan reka bentuk automatik.Proses manual meninggalkan ruang untuk ralat, sama ada ralat dalaman atau reka bentuk komunikasi dan perubahan pada rantaian bekalan.
Selain reka bentuk, Kualiti 4.0 juga menggunakan pembelajaran mesin berpusatkan proses untuk mengurangkan sisa, mengurangkan kerja semula dan mengoptimumkan parameter pengeluaran.Selain itu, ia juga menyelesaikan isu prestasi produk selepas penghantaran, menggunakan maklum balas di tapak untuk mengemas kini perisian produk dari jauh, mengekalkan kepuasan pelanggan dan akhirnya memastikan perniagaan berulang.Ia menjadi rakan kongsi Industri 4.0 yang tidak dapat dipisahkan.
Walau bagaimanapun, kualiti bukan sahaja terpakai pada pautan pembuatan terpilih.Keterangkuman Kualiti 4.0 boleh menerapkan pendekatan kualiti yang komprehensif dalam organisasi pembuatan, menjadikan kuasa transformatif data sebagai sebahagian daripada pemikiran korporat.Pematuhan di semua peringkat organisasi menyumbang kepada pembentukan budaya kualiti keseluruhan.
Tiada proses pengeluaran boleh berjalan dengan sempurna dalam 100% masa.Perubahan keadaan mencetuskan kejadian tidak dijangka yang memerlukan pemulihan.Mereka yang mempunyai pengalaman dalam kualiti memahami bahawa ia adalah mengenai proses menuju kesempurnaan.Bagaimanakah anda memastikan kualiti dimasukkan ke dalam proses untuk mengesan masalah seawal mungkin?Apa yang anda akan lakukan apabila anda mendapati kecacatan itu?Adakah terdapat faktor luaran yang menyebabkan masalah ini?Apakah perubahan yang boleh anda lakukan pada pelan pemeriksaan atau prosedur ujian untuk mengelakkan masalah ini berulang?
Wujudkan mentaliti bahawa setiap proses pengeluaran mempunyai proses kualiti yang berkaitan dan berkaitan.Bayangkan masa depan di mana terdapat hubungan satu dengan satu dan sentiasa mengukur kualiti.Tidak kira apa yang berlaku secara rawak, kualiti sempurna boleh dicapai.Setiap pusat kerja menyemak penunjuk dan petunjuk prestasi utama (KPI) setiap hari untuk mengenal pasti bidang yang perlu diperbaiki sebelum masalah berlaku.
Dalam sistem gelung tertutup ini, setiap proses pengeluaran mempunyai inferens kualiti, yang memberikan maklum balas untuk menghentikan proses, membenarkan proses diteruskan atau membuat pelarasan masa nyata.Sistem ini tidak terjejas oleh keletihan atau kesilapan manusia.Sistem kualiti gelung tertutup yang direka untuk pengeluaran pesawat adalah penting untuk mencapai tahap kualiti yang lebih tinggi, memendekkan masa kitaran dan memastikan pematuhan dengan piawaian AS9100.
Sepuluh tahun yang lalu, idea untuk memfokuskan QA pada reka bentuk produk, penyelidikan pasaran, pembekal, perkhidmatan produk atau faktor lain yang mempengaruhi kepuasan pelanggan adalah mustahil.Reka bentuk produk difahamkan datang daripada pihak berkuasa yang lebih tinggi;kualiti adalah mengenai melaksanakan reka bentuk ini pada barisan pemasangan, tanpa mengira kekurangannya.
Hari ini, banyak syarikat sedang memikirkan semula cara menjalankan perniagaan.Status quo pada tahun 2018 mungkin tidak dapat dilakukan lagi.Semakin ramai pengeluar semakin bijak dan bijak.Lebih banyak pengetahuan tersedia, yang bermaksud kecerdasan yang lebih baik untuk membina produk yang betul pada kali pertama, dengan kecekapan dan prestasi yang lebih tinggi.