Laŭ SmarTech, fabrikteknologia konsilanta firmao, aerospaco estas la dua plej granda industrio servita de aldonaĵa fabrikado (AM), dua nur post medicino.Tamen, ekzistas ankoraŭ manko de konscio pri la potencialo de aldonaĵproduktado de ceramikaj materialoj en la rapida fabrikado de aerospacaj komponentoj, pliigita fleksebleco kaj kostefikeco.AM povas produkti pli fortajn kaj malpezajn ceramikojn pli rapide kaj pli daŭrigeble-reduktante laborkostojn, minimumigante manan muntadon, kaj plibonigante efikecon kaj efikecon per dezajno evoluigita per modeligado, tiel reduktante la pezon de la aviadilo.Krome, aldona fabrikado ceramika teknologio disponigas dimensian kontrolon de pretaj partoj por trajtoj pli malgrandaj ol 100 mikronoj.
Tamen, la vorto ceramiko povas elvoki la miskomprenon de fragileco.Fakte, aldonaĵ-produktitaj ceramikaĵoj produktas pli malpezajn, pli bonajn partojn kun granda struktura forto, fortikeco kaj rezisto al larĝa temperaturo.Antaŭrigardaj kompanioj turnas sin al ceramikaj produktadkomponentoj, inkluzive de ajutoj kaj helicoj, elektraj izoliloj kaj turbinklingoj.
Ekzemple, altpura alumino havas altan malmolecon, kaj havas fortan korodan reziston kaj temperaturon.Komponantoj faritaj el alumino ankaŭ estas elektre izolaj ĉe la altaj temperaturoj oftaj en aerspacaj sistemoj.
Zirconia-bazita ceramikaĵo povas renkonti multajn aplikojn kun ekstremaj materialaj postuloj kaj alta mekanika streso, kiel altnivela metala muldado, valvoj kaj lagroj.Silicia nitruro-ceramikaĵo havas altan forton, altan fortikecon kaj bonegan termikan ŝokon reziston, same kiel bonan kemian reziston al la korodo de diversaj acidoj, alkalioj kaj fanditaj metaloj.Silicio nitruro estas uzata por izoliloj, impulsiloj kaj alt-temperaturaj malalt-dielektraj antenoj.
Komponita ceramikaĵo disponigas plurajn dezirindajn kvalitojn.Silici-bazita ceramikaĵo aldonita kun alumino kaj zirkono pruvis rezulti bone en la fabrikado de unukristalaj fandadoj por turbinklingoj.Ĉi tio estas ĉar la ceramika kerno farita el ĉi tiu materialo havas tre malaltan termikan ekspansion ĝis 1500 °C, altan porecon, bonegan surfacan kvaliton kaj bonan forfluigeblecon.Presi ĉi tiujn kernojn povas produkti turbindezajnojn, kiuj povas elteni pli altajn funkciajn temperaturojn kaj pliigi motoran efikecon.
Estas bone konate, ke injektomuldado aŭ maŝinado de ceramikaĵo estas tre malfacilaj, kaj maŝinado disponigas limigitan aliron al la komponantoj fabrikitaj.Trajtoj kiel maldikaj muroj ankaŭ malfacilas maŝinprilabori.
Tamen, Lithoz uzas litografi-bazitan ceramikan fabrikadon (LCM) por produkti precizajn, komplek-formajn 3D-ceramikajn komponentojn.
Komencante de la CAD-modelo, la detalaj specifoj estas ciferece translokigitaj al la 3D-presilo.Poste apliku la precize formulitan ceramikan pulvoron al la supro de la travidebla kuvo.La movebla konstruplatformo estas mergita en la koto kaj tiam selekteme eksponita al videbla lumo de malsupre.La tavolbildo estas generita per cifereca mikro-spegula aparato (DMD) kunligita kun la projekcia sistemo.Ripetante ĉi tiun procezon, tridimensia verda parto povas esti generita tavolo post tavolo.Post termika posttraktado, la ligilo estas forigita kaj la verdaj partoj estas sinterigitaj - kombinitaj per speciala varmiga procezo - por produkti tute densan ceramikan parton kun bonegaj mekanikaj trajtoj kaj surfaca kvalito.
LCM-teknologio provizas novigan, kostefikan kaj pli rapidan procezon por investa fandado de turbinmotoraj komponantoj - preterpasante la multekostan kaj penigan muldilan fabrikadon necesan por injektomuldado kaj perdita vakso.
LCM ankaŭ povas realigi dezajnojn kiuj ne povas esti atingitaj per aliaj metodoj, uzante multe malpli krudaĵojn ol aliaj metodoj.
Malgraŭ la granda potencialo de ceramikaj materialoj kaj LCM-teknologio, ekzistas ankoraŭ interspaco inter AM-originalaj ekipaĵproduktantoj (OEM) kaj aerspacaj dizajnistoj.
Unu kialo povas esti rezisto al novaj produktadmetodoj en industrioj kun precipe striktaj sekureco kaj kvalitpostuloj.Aeroespaca fabrikado postulas multajn kontrolajn kaj kvalifikajn procezojn, kaj ankaŭ ĝisfundajn kaj rigorajn testadojn.
Alia malhelpo inkluzivas la kredon, ke 3D-presado estas ĉefe taŭga nur por unufoja rapida prototipado, prefere ol io ajn, kio povas esti uzata en la aero.Denove, ĉi tio estas miskompreno, kaj 3D presitaj ceramikaj komponantoj pruviĝis esti uzataj en amasproduktado.
Ekzemplo estas la fabrikado de turbinklingoj, kie la AM-ceramika procezo produktas unukristalajn (Ŝ) kernojn, same kiel unudirektan solidiĝon (DS) kaj egalaksan gisadon (EX) superaliaj turbinklingoj.Kernoj kun kompleksaj branĉostrukturoj, multoblaj muroj kaj malantaŭaj randoj malpli ol 200μm povas esti produktitaj rapide kaj ekonomie, kaj la finaj komponantoj havas konsekvencan dimensian precizecon kaj bonegan surfacan finpoluron.
Plibonigi komunikadon povas kunigi aerspacajn dizajnistojn kaj AM-OEM-ojn kaj plene fidi ceramikajn komponentojn produktitajn per LCM kaj aliaj teknologioj.Teknologio kaj kompetenteco ekzistas.Ĝi devas ŝanĝi la pensmanieron de AM por R&D kaj prototipado, kaj vidi ĝin kiel la vojon antaŭen por grandskalaj komercaj aplikoj.
Krom edukado, aerospacaj kompanioj ankaŭ povas investi tempon en dungitaro, inĝenieristiko kaj testado.Fabrikistoj devas koni malsamajn normojn kaj metodojn por taksi ceramikaĵon, ne metalojn.Ekzemple, la du ŝlosilaj ASTM-normoj de Lithoz por struktura ceramikaĵo estas ASTM C1161 por fortotestado kaj ASTM C1421 por fortikectestado.Ĉi tiuj normoj validas por ceramikaĵoj produktitaj per ĉiuj metodoj.En ceramika aldonaĵfabrikado, la presa paŝo estas nur formada metodo, kaj la partoj spertas la saman tipon de sinterizado kiel tradicia ceramikaĵo.Tial, la mikrostrukturo de ceramikaj partoj estos tre simila al konvencia maŝinado.
Surbaze de la kontinua progreso de materialoj kaj teknologio, ni povas memcerte diri, ke projektistoj ricevos pli da datumoj.Novaj ceramikaj materialoj estos evoluigitaj kaj personecigitaj laŭ specifaj inĝenieraj bezonoj.Partoj faritaj el AM-ceramikaĵo kompletigos la atestadprocezon por uzo en aerospaco.Kaj provizos pli bonajn dezajn ilojn, kiel ekzemple plibonigita modeliga programaro.
Kunlaborante kun teknikaj fakuloj de LCM, aerospacaj kompanioj povas enkonduki AM-ceramikajn procezojn interne mallongigante tempon, reduktante kostojn kaj kreante ŝancojn por la disvolviĝo de la propra intelekta proprieto de la firmao.Kun antaŭvido kaj longdaŭra planado, aerospacaj kompanioj, kiuj investas en ceramika teknologio, povas rikolti signifajn avantaĝojn en sia tuta produktada biletujo en la venontaj dek jaroj kaj poste.
Establante partnerecon kun AM Ceramics, aerspacaj originaj ekipaĵproduktantoj produktos komponentojn kiuj antaŭe estis neimageblaj.
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 parolos pri la malfacilaĵoj de efike komuniki la avantaĝojn de ceramika aldonaĵfabrikado ĉe la Ceramika Ekspozicio en Cleveland, Ohio la 1-an de septembro 2021.
Kvankam la evoluo de hipersonaj flugsistemoj ekzistas dum jardekoj, ĝi nun fariĝis la ĉefa prioritato de usona nacia defendo, alportante ĉi tiun kampon en staton de rapida kresko kaj ŝanĝo.Kiel unika multfaka kampo, la defio estas trovi spertulojn kun la necesaj kapabloj por antaŭenigi ĝian evoluon.Tamen, kiam ne estas sufiĉe da fakuloj, ĝi kreas novigan breĉon, kiel meti dezajnon por fabrikebleco (DFM) unue en la R&D-fazon, kaj poste iĝi fabrikada breĉo kiam estas tro malfrue por fari kostefikajn ŝanĝojn.
Aliancoj, kiel ekzemple la lastatempe establita University Alliance for Applied Hypersonics (UCAH), disponigas gravan medion por kultivi la talentojn necesajn por avanci la kampon.Studentoj povas labori rekte kun universitataj esploristoj kaj industriaj profesiuloj por evoluigi teknologion kaj antaŭenigi kritikan hipersonan esploradon.
Kvankam UCAH kaj aliaj defendkonsorcioj rajtigis membrojn por okupiĝi pri diversaj inĝenieristiklaboroj, pli da laboro devas esti farita por kultivi diversajn kaj spertajn talentojn, de dezajno ĝis materiala evoluo kaj selektado ĝis produktadlaborrenkontiĝoj.
Por liveri pli daŭran valoron en la kampo, la universitata alianco devas prioritatigi la disvolvon de laborforto per aliĝado al industriaj bezonoj, implikante membrojn en industri-konvena esplorado kaj investante en la programo.
Kiam oni transformas hipersonan teknologion en grandskalajn fabrikeblajn projektojn, la ekzistanta manko de inĝenieristiko kaj fabrikado de laboro estas la plej granda defio.Se frua esplorado ne transiras ĉi tiun trafe nomitan valo de morto—la interspaco inter R&D kaj fabrikado, kaj multaj ambiciaj projektoj fiaskis—tiam ni perdis aplikeblan kaj realigeblan solvon.
La usona fabrikindustrio povas akceli la supersonan rapidon, sed la risko postresti estas pligrandigi la grandecon de la laborforto por egali.Tial la registaraj kaj universitataj disvolvaj konsorcioj devas kunlabori kun fabrikistoj por efektivigi ĉi tiujn planojn.
La industrio spertis kapablecojn de fabrikaj laborrenkontiĝoj ĝis inĝenieraj laboratorioj - ĉi tiuj mankoj nur pligrandiĝos dum la hipersona merkato kreskos.Emerĝantaj teknologioj postulas emerĝantan laborforton vastigi scion en la kampo.
Hipersona laboro ampleksas plurajn malsamajn ŝlosilajn areojn de diversaj materialoj kaj strukturoj, kaj ĉiu areo havas sian propran aron de teknikaj defioj.Ili postulas altnivelan de detala scio, kaj se la bezonata kompetenteco ne ekzistas, tio povas krei malhelpojn al evoluo kaj produktado.Se ni ne havas sufiĉe da homoj por konservi la laboron, estos neeble daŭrigi kun la postulo pri altrapida produktado.
Ekzemple, ni bezonas homojn, kiuj povas konstrui la finan produkton.UCAH kaj aliaj konsorcioj estas esencaj por antaŭenigi modernan fabrikadon kaj certigi, ke studentoj interesitaj pri la rolo de fabrikado estu inkluzivitaj.Per transfunkciaj dediĉitaj laborfortaj disvolvaj klopodoj, la industrio povos konservi konkurencivan avantaĝon en hipersonaj flugplanoj en la venontaj malmultaj jaroj.
Establante UCAH, la Sekcio de Defendo kreas ŝancon adopti pli fokusitan aliron al konstruado de kapabloj en ĉi tiu areo.Ĉiuj koaliciaj membroj devas kunlabori por trejni la niĉajn kapablojn de la studentoj por ke ni povu konstrui kaj konservi la impeton de esplorado kaj vastigi ĝin por produkti la rezultojn, kiujn nia lando bezonas.
La nun fermita NASA Advanced Composites Alliance estas ekzemplo de sukcesa laborforta disvolvado.Ĝia efikeco estas la rezulto de kombinado de R&D-laboro kun industriaj interesoj, kio permesas al novigado disetendiĝi tra la evolua ekosistemo.Industriaj gvidantoj laboris rekte kun NASA kaj universitatoj pri projektoj dum du ĝis kvar jaroj.Ĉiuj membroj evoluigis profesian scion kaj sperton, lernis kunlabori en nekonkurenciva medio, kaj nutris kolegiostudantojn por disvolvi ŝlosilajn industriajn ludantojn en la estonteco.
Ĉi tiu speco de laborforta evoluo plenigas mankojn en la industrio kaj disponigas ŝancojn por malgrandaj entreprenoj por novigi rapide kaj diversigi la kampon por atingi plian kresko-favoran al usonaj naciaj sekureco kaj ekonomiaj sekurecaj iniciatoj.
Universitataliancoj inkluzive de UCAH estas gravaj aktivaĵoj en la hipersona kampo kaj defenda industrio.Kvankam ilia esplorado antaŭenigis emerĝantajn novigojn, ilia plej granda valoro kuŝas en ilia kapablo trejni nian venontan generacion de laborforto.La konsorcio nun devas prioritati investon en tiaj planoj.Farante tion, ili povas helpi kreskigi la longperspektivan sukceson de hipersona novigado.
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.
Fabrikistoj de kompleksaj, tre inĝenieritaj produktoj (kiel aviadilaj komponentoj) estas kompromititaj al perfekteco ĉiufoje.Ne estas loko por manovro.
Ĉar aviadilproduktado estas ekstreme kompleksa, fabrikistoj devas zorge administri la kvalitan procezon, atentante ĉiun paŝon.Ĉi tio postulas profundan komprenon pri kiel administri kaj adaptiĝi al dinamikaj problemoj de produktado, kvalito, sekureco kaj provizoĉeno dum plenumado de reguligaj postuloj.
Ĉar multaj faktoroj influas la liveron de altkvalitaj produktoj, estas malfacile administri kompleksajn kaj ofte ŝanĝantajn produktajn mendojn.La kvalita procezo devas esti dinamika en ĉiu aspekto de inspektado kaj dezajno, produktado kaj testado.Danke al Industrio 4.0-strategioj kaj modernaj fabrikaj solvoj, ĉi tiuj kvalitaj defioj fariĝis pli facile administreblaj kaj venkitaj.
La tradicia fokuso de aviadilproduktado ĉiam estis sur materialoj.La fonto de plej multaj kvalitproblemoj povas esti fragila frakturo, korodo, metala laceco aŭ aliaj faktoroj.Tamen, la hodiaŭa aviadilproduktado inkluzivas altnivelajn, tre inĝenieritajn teknologiojn, kiuj uzas rezistemajn materialojn.Produktkreado uzas tre specialigitajn kaj kompleksajn procezojn kaj elektronikajn sistemojn.Ĝeneralaj operaciaj administradprogramaraj solvoj eble ne plu kapablas solvi ekstreme kompleksajn problemojn.
Pli kompleksaj partoj povas esti aĉetitaj de la tutmonda provizoĉeno, do pli da konsidero devas esti donita al integriĝo de ili dum la kunigprocezo.Necerteco alportas novajn defiojn al provizoĉenvidebleco kaj kvalitadministrado.Certigi la kvaliton de tiom da partoj kaj pretaj produktoj postulas pli bonajn kaj pli integrajn kvalitajn metodojn.
Industrio 4.0 reprezentas la evoluon de la produktadindustrio, kaj pli kaj pli altnivelaj teknologioj estas bezonataj por plenumi striktajn kvalitajn postulojn.Subtenaj teknologioj inkluzivas Industrian Interreton de Aĵoj (IIoT), ciferecajn fadenojn, pliigitan realecon (AR), kaj prognozajn analizojn.
Kvalito 4.0 priskribas datuman produktadprocezan kvalitmetodon implikantan produktojn, procezojn, planadon, observon kaj normojn.Ĝi estas konstruita sur prefere ol anstataŭigi tradiciajn kvalitajn metodojn, uzante multajn el la samaj novaj teknologioj kiel ĝiaj industriaj ekvivalentoj, inkluzive de maŝinlernado, konektitaj aparatoj, nuba komputado kaj ciferecaj ĝemeloj por transformi la laborfluon de la organizo kaj forigi eblajn produktojn aŭ procezojn Difektojn.La apero de Kvalito 4.0 estas atendita plu ŝanĝi la laborejan kulturon per pliigo de dependeco de datumoj kaj pli profunda uzo de kvalito kiel parto de la ĝenerala kreadmetodo.
Kvalito 4.0 integras operaciajn kaj kvalitcertigan (QA) aferojn de la komenco ĝis la dezajnstadio.Ĉi tio inkluzivas kiel konceptigi kaj desegni produktojn.Lastatempaj industriaj enketrezultoj indikas ke la plej multaj merkatoj ne havas aŭtomatigitan dezajnotransigan procezon.La mana procezo lasas lokon por eraroj, ĉu ĝi estas interna eraro aŭ komunikanta dezajno kaj ŝanĝoj al la provizoĉeno.
Krom dezajno, Kvalito 4.0 ankaŭ uzas procez-centran maŝinlernadon por redukti malŝparon, redukti relaboron kaj optimumigi produktadajn parametrojn.Krome, ĝi ankaŭ solvas produktajn rendimentajn problemojn post livero, uzas surlokajn sugestojn por malproksime ĝisdatigi produktan programaron, konservas klientan kontenton kaj finfine certigas ripetan komercon.Ĝi fariĝas nedisigebla partnero de Industrio 4.0.
Tamen, kvalito ne nur aplikeblas al elektitaj fabrikaj ligiloj.La inkluziveco de Kvalito 4.0 povas ensorbigi ampleksan kvalitan aliron en produktadorganizoj, igante la transforman potencon de datumoj integrita parto de kompania pensado.Konformeco sur ĉiuj niveloj de la organizo kontribuas al la formado de ĝenerala kvalita kulturo.
Neniu produktada procezo povas funkcii perfekte en 100% de la tempo.Ŝanĝantaj kondiĉoj ekigas neantaŭviditajn eventojn, kiuj postulas solvadon.Tiuj, kiuj havas sperton pri kvalito, komprenas, ke ĉio temas pri la procezo moviĝi al perfekteco.Kiel vi certigas, ke kvalito estas korpigita en la procezo por detekti problemojn kiel eble plej frue?Kion vi faros kiam vi trovos la difekton?Ĉu estas eksteraj faktoroj kaŭzantaj ĉi tiun problemon?Kiajn ŝanĝojn vi povas fari al la inspekta plano aŭ testa proceduro por malhelpi ĉi tiun problemon denove okazi?
Establu menson, ke ĉiu produktada procezo havas rilatan kaj rilatan kvalitan procezon.Imagu estontecon kie ekzistas unu-al-unu rilato kaj konstante mezuru kvaliton.Ne gravas kio okazas hazarde, perfekta kvalito povas esti atingita.Ĉiu laborcentro revizias indikilojn kaj ŝlosilajn afiksindikilojn (KPI) ĉiutage por identigi areojn por plibonigo antaŭ ol problemoj okazas.
En ĉi tiu fermitcikla sistemo, ĉiu produktadprocezo havas kvalitan inferencon, kiu provizas retrosciigon por ĉesigi la procezon, permesi al la procezo daŭri aŭ fari realtempajn ĝustigojn.La sistemo ne estas tuŝita de laceco aŭ homa eraro.Fermita kvalita sistemo desegnita por aviadilproduktado estas esenca por atingi pli altajn kvalitajn nivelojn, mallongigi ciklotempojn kaj certigi konformecon al AS9100-normoj.
Antaŭ dek jaroj, la ideo koncentri QA sur produkta dezajno, merkata esploro, provizantoj, produktaj servoj aŭ aliaj faktoroj, kiuj influas klientkontenton, estis neebla.Produkta dezajno estas komprenita veni de pli alta aŭtoritato;kvalito temas pri ekzekuti ĉi tiujn dezajnojn sur la muntaĵo, sendepende de iliaj mankoj.
Hodiaŭ multaj kompanioj repripensas kiel fari komercon.La status quo en 2018 eble ne plu eblas.Pli kaj pli da fabrikantoj fariĝas pli kaj pli inteligentaj.Pli da scio disponeblas, kio signifas pli bonan inteligentecon por konstrui la ĝustan produkton unuafoje, kun pli alta efikeco kaj rendimento.