Laŭ SmarTech, konsulta kompanio pri fabrikada teknologio, la aerspaca industrio estas la dua plej granda industrio servata de aldona fabrikado (AM), dua nur post medicino. Tamen, ankoraŭ mankas konscio pri la potencialo de aldona fabrikado de ceramikaj materialoj en la rapida fabrikado de aerspacaj komponantoj, pliigita fleksebleco kaj kostefikeco. AM povas produkti pli fortajn kaj pli malpezajn ceramikajn partojn pli rapide kaj pli daŭrigeble - reduktante laborkostojn, minimumigante manan muntadon, kaj plibonigante efikecon kaj rendimenton per dezajno evoluigita per modelado, tiel reduktante la pezon de la aviadilo. Krome, la ceramika teknologio por aldona fabrikado provizas dimensian kontrolon de finitaj partoj por trajtoj pli malgrandaj ol 100 mikrometroj.
Tamen, la vorto ceramiko eble elvokas la miskomprenon pri rompiĝemo. Fakte, aldonaĵ-fabrikitaj ceramikaĵoj produktas pli malpezajn, pli fajnajn partojn kun granda struktura forto, dureco kaj rezisto al larĝa temperaturintervalo. Antaŭenrigardantaj kompanioj turnas sin al ceramikaj fabrikadaj komponantoj, inkluzive de ajutoj kaj helicoj, elektraj izoliloj kaj turbinklingoj.
Ekzemple, altpureca alumino-tero havas altan malmolecon, kaj havas fortan korodreziston kaj temperaturintervalon. Komponantoj faritaj el alumino-tero ankaŭ estas elektre izolaj je la altaj temperaturoj oftaj en aerspacaj sistemoj.
Zirkoni-bazitaj ceramikaĵoj povas plenumi multajn aplikojn kun ekstremaj materialaj postuloj kaj alta mekanika ŝarĝo, kiel ekzemple altkvalitaj metalaj fandadoj, valvoj kaj lagroj. Silicionitridaj ceramikaĵoj havas altan forton, altan durecon kaj bonegan termikan ŝokreziston, same kiel bonan kemian reziston al la korodo de diversaj acidoj, alkaloj kaj fanditaj metaloj. Silicionitrido estas uzata por izoliloj, padelradoj kaj alttemperaturaj malalt-dielektrikaj antenoj.
Kompozitaj ceramikaĵoj provizas plurajn dezirindajn kvalitojn. Silicio-bazitaj ceramikaĵoj aldonitaj kun alumino-tero kaj zirkono pruviĝis bone funkcii en la fabrikado de unu-kristalaj fandaĵoj por turbinklingoj. Ĉi tio estas ĉar la ceramika kerno farita el ĉi tiu materialo havas tre malaltan termikan ekspansion ĝis 1 500 °C, altan porecon, bonegan surfackvaliton kaj bonan ellaveblon. Presado de ĉi tiuj kernoj povas produkti turbindezajnojn, kiuj povas elteni pli altajn funkciajn temperaturojn kaj pliigi motoran efikecon.
Estas bone konate, ke injekta fandado aŭ maŝinado de ceramikaĵoj estas tre malfacila, kaj maŝinado provizas limigitan aliron al la fabrikitaj komponantoj. Trajtoj kiel maldikaj muroj ankaŭ estas malfacile maŝineblaj.
Tamen, Lithoz uzas litografion bazitan sur ceramika fabrikado (LCM) por fabriki precizajn, kompleksformajn 3D ceramikajn komponentojn.
Komencante de la CAD-modelo, la detalaj specifoj estas ciferece transdonitaj al la 3D-printilo. Poste apliku la precize formulitan ceramikan pulvoron al la supro de la travidebla kuvo. La movebla konstrua platformo estas mergita en la koton kaj poste selekteme eksponita al videbla lumo de sube. La tavolbildo estas generita per cifereca mikrospegula aparato (DMD) kunligita kun la projekcia sistemo. Ripetante ĉi tiun procezon, tridimensia verda parto povas esti generita tavolo post tavolo. Post termika post-traktado, la ligilo estas forigita kaj la verdaj partoj estas sinterigitaj - kombinitaj per speciala varmigprocezo - por produkti tute densan ceramikan parton kun bonegaj mekanikaj ecoj kaj surfaca kvalito.
LCM-teknologio provizas novigan, kostefikan kaj pli rapidan procezon por investmuldado de turbinmotoraj komponantoj - preterirante la multekostan kaj penigan ŝimfabrikadon necesan por injektmuldado kaj perdita vaksogisado.
LCM ankaŭ povas atingi dezajnojn, kiujn ne oni povas atingi per aliaj metodoj, uzante multe malpli da krudmaterialoj ol aliaj metodoj.
Malgraŭ la granda potencialo de ceramikaj materialoj kaj LCM-teknologio, ankoraŭ ekzistas breĉo inter AM-originalaj ekipaĵoproduktantoj (OEM) kaj aerspacaj dizajnistoj.
Unu kialo povas esti rezisto al novaj fabrikadmetodoj en industrioj kun aparte striktaj sekurecaj kaj kvalitpostuloj. Aerospaca fabrikado postulas multajn konfirmajn kaj kvalifikajn procezojn, same kiel detalajn kaj rigorajn testojn.
Alia obstaklo inkluzivas la kredon, ke 3D-presado taŭgas ĉefe nur por unufoja rapida prototipado, anstataŭ por io ajn uzebla 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 unu-kristalajn (SX) kernojn, same kiel direktajn solidiĝajn (DS) kaj egalaksajn gisajn (EX) superalojajn turbinklingojn. Kernoj kun kompleksaj branĉaj strukturoj, multoblaj muroj kaj malantaŭaj randoj malpli ol 200μm povas esti produktitaj rapide kaj ekonomie, kaj la finaj komponantoj havas konstantan dimensian precizecon kaj bonegan surfacan finpoluron.
Plibonigi komunikadon povas kunigi aerspacajn dizajnistojn kaj AM-OEM-ojn kaj plene fidi ceramikajn komponantojn fabrikitajn per LCM kaj aliaj teknologioj. Teknologio kaj kompetenteco ekzistas. Necesas ŝanĝi la pensmanieron de AM por esplorado kaj disvolvado kaj prototipado, kaj vidi ĝin kiel la vojon antaŭen por grandskalaj komercaj aplikoj.
Aldone al edukado, aerspacaj kompanioj ankaŭ povas investi tempon en personaro, inĝenierado kaj testado. Fabrikistoj devas koni malsamajn normojn kaj metodojn por taksi ceramikaĵojn, ne metalojn. Ekzemple, la du ŝlosilaj ASTM-normoj de Lithoz por strukturaj ceramikaĵoj estas ASTM C1161 por fortotestado kaj ASTM C1421 por durecotestado. Ĉi tiuj normoj validas por ceramikaĵoj produktitaj per ĉiuj metodoj. En ceramika aldona fabrikado, la presa paŝo estas nur formada metodo, kaj la partoj spertas la saman tipon de sinterizado kiel tradiciaj ceramikaĵoj. Tial, la mikrostrukturo de ceramikaj partoj estos tre simila al konvencia maŝinado.
Surbaze de la kontinua progreso de materialoj kaj teknologio, ni povas memfide diri, ke dizajnistoj ricevos pli da datumoj. Novaj ceramikaj materialoj estos evoluigitaj kaj adaptitaj laŭ specifaj inĝenieraj bezonoj. Partoj faritaj el AM-ceramikaĵo kompletigos la atestadprocezon por uzo en aerspaca industrio. Kaj provizos pli bonajn dezajnajn ilojn, kiel ekzemple plibonigitan modeligan programaron.
Per kunlaboro kun teknikaj fakuloj pri LCM, aerspacaj kompanioj povas enkonduki AM-ceramikajn procezojn interne, mallongigante tempon, reduktante kostojn kaj kreante ŝancojn por la disvolviĝo de la propra intelekta propraĵo de la kompanio. Kun antaŭscio kaj longperspektiva planado, aerspacaj kompanioj, kiuj investas en ceramikan teknologion, povas rikolti signifajn avantaĝojn en sia tuta produktadportfolio en la venontaj dek jaroj kaj plu.
Per establado de partnereco kun AM Ceramics, aerspacaj originalaj ekipaĵoproduktantoj 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 efika komunikado de la avantaĝoj de ceramika aldona fabrikado ĉe la Ceramics Expo en Klevlando, Ohio, la 1-an de septembro 2021.
Kvankam la disvolviĝo de hipersonaj flugsistemoj ekzistis dum jardekoj, ĝi nun fariĝis la ĉefa prioritato de la usona nacia defendo, alportante ĉi tiun kampon en staton de rapida kresko kaj ŝanĝo. Kiel unika multdisciplina kampo, la defio estas trovi fakulojn kun la necesaj kapabloj por antaŭenigi ĝian disvolviĝon. Tamen, kiam ne estas sufiĉe da fakuloj, ĝi kreas novigan breĉon, kiel ekzemple meti dezajnon por produktebleco (DFM) unue en la esploran kaj disvolvan fazon, kaj poste transformiĝi en fabrikadan breĉon kiam estas tro malfrue por fari kostefikajn ŝanĝojn.
Aliancoj, kiel ekzemple la nove establita Universitata Alianco por Aplikata Hipersoniko (UCAH), provizas gravan medion por kultivi la talentojn necesajn por antaŭenigi la kampon. Studentoj povas kunlabori rekte kun universitataj esploristoj kaj industriaj profesiuloj por disvolvi teknologion kaj antaŭenigi kritikan hipersonan esploradon.
Kvankam UCAH kaj aliaj defendkonsorcioj rajtigis membrojn okupiĝi pri diversaj inĝenieraj laboroj, pli da laboro devas esti farita por kultivi diversajn kaj spertajn talentojn, de dezajno ĝis materiala disvolviĝo kaj selektado ĝis fabrikadaj laborrenkontiĝoj.
Por provizi pli daŭran valoron en la kampo, la universitata alianco devas prioritatigi laborantaron per akordiĝo kun industriaj bezonoj, implikante membrojn en industri-taŭga esplorado, kaj investante en la programon.
Kiam oni transformas hipersonan teknologion en grandskalajn produkteblajn projektojn, la ekzistanta manko de kapablo en inĝenierado kaj fabrikado estas la plej granda defio. Se frua esplorado ne transiras ĉi tiun trafe nomitan valon de morto — la mankon inter esplorado kaj disvolvado kaj fabrikado, kaj multaj ambiciaj projektoj malsukcesis — tiam ni perdis aplikeblan kaj fareblan solvon.
La usona manufaktura industrio povas akceli la supersonan rapidon, sed la risko de postresti estas pligrandigi la grandecon de la laborantaro por egali. Tial, la registaro kaj universitataj evoluigaj konsorcioj devas kunlabori kun fabrikantoj por efektivigi ĉi tiujn planojn.
La industrio spertis mankojn en kapabloj, de fabrikadaj atelieroj ĝis inĝenieraj laboratorioj - ĉi tiuj mankoj nur plilarĝiĝos dum la hipersona merkato kreskos. Emerĝantaj teknologioj postulas emerĝantan laborantaron por 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 detalan scion, kaj se la bezonata kompetenteco ne ekzistas, tio povas krei obstaklojn al disvolviĝo kaj produktado. Se ni ne havos sufiĉe da homoj por subteni la laboron, estos neeble kontentigi la postulon 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 inkluditaj. Per transfunkciaj dediĉitaj laborfortaj evoluigaj klopodoj, la industrio povos konservi konkurencivan avantaĝon en hipersonaj flugplanoj en la venontaj jaroj.
Per la establado de UCAH, la Ministerio pri 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 klopodo por disvolvi la laborantaron. Ĝia efikeco estas la rezulto de kombinado de esplorado kaj disvolvado kun industriaj interesoj, kio permesas al novigado disvastiĝi tra la disvolva ekosistemo. Industriaj gvidantoj laboris rekte kun NASA kaj universitatoj pri projektoj dum du ĝis kvar jaroj. Ĉiuj membroj disvolvis profesian scion kaj sperton, lernis kunlabori en nekonkurenciva medio, kaj nutris universitatajn studentojn por disvolviĝi por nutri ŝlosilajn industriajn ludantojn en la estonteco.
Ĉi tiu speco de laborantaro-disvolviĝo plenigas mankojn en la industrio kaj provizas ŝancojn por malgrandaj entreprenoj rapide novigi kaj diversigi la kampon por atingi plian kreskon - favoran al usonaj naciaj sekurecaj kaj ekonomiaj sekurecaj iniciatoj.
Universitataj aliancoj, inkluzive de UCAH, estas gravaj aktivaĵoj en la hipersona kampo kaj defendindustrio. Kvankam ilia esplorado antaŭenigis emerĝantajn novigojn, ilia plej granda valoro kuŝas en ilia kapablo trejni nian venontan generacion de laborantaro. La konsorcio nun bezonas prioritatigi investojn en tiaj planoj. Farante tion, ili povas helpi kreskigi la longdaŭran 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, altinĝenieritaj produktoj (kiel ekzemple aviadilkomponantoj) ĉiam dediĉas sin al perfekteco. Ne estas spaco por manovro.
Ĉar aviadilproduktado estas ekstreme kompleksa, fabrikantoj devas zorge administri la kvalitprocezon, atentante ĉiun paŝon. Tio postulas profundan komprenon pri kiel administri kaj adaptiĝi al dinamikaj problemoj rilate al produktado, kvalito, sekureco kaj provizoĉeno, samtempe plenumante reguligajn postulojn.
Ĉar multaj faktoroj influas la liveradon de altkvalitaj produktoj, estas malfacile administri kompleksajn kaj ofte ŝanĝiĝantajn produktadmendojn. La kvalitprocezo devas esti dinamika en ĉiu aspekto de inspektado kaj dezajno, produktado kaj testado. Danke al strategioj de Industrio 4.0 kaj modernaj fabrikadaj solvoj, ĉi tiuj kvalitdefioj fariĝis pli facile administreblaj kaj supereblaj.
La tradicia fokuso de aviadilproduktado ĉiam estis sur materialoj. La fonto de plej multaj kvalitproblemoj povas esti fragila frakturo, korodo, metala laciĝo aŭ aliaj faktoroj. Tamen, la hodiaŭa aviadilproduktado inkluzivas progresintajn, altkvalitajn teknologiojn, kiuj uzas rezistemajn materialojn. Produktokreado uzas tre specialigitajn kaj kompleksajn procezojn kaj elektronikajn sistemojn. Ĝeneralaj operaciaj administradaj programaraj solvoj eble jam ne plu kapablas solvi ekstreme kompleksajn problemojn.
Pli kompleksaj partoj povas esti aĉetataj de la tutmonda provizoĉeno, do pli da konsidero devas esti donita al ilia integrado tra la tuta muntprocezo. Necerteco alportas novajn defiojn al la videbleco de la provizoĉeno kaj kvalitadministrado. Certigi la kvaliton de tiom da partoj kaj finitaj produktoj postulas pli bonajn kaj pli integrajn kvalitmetodojn.
Industrio 4.0 reprezentas la disvolviĝon de la manufaktura industrio, kaj pli kaj pli da progresintaj teknologioj estas bezonataj por plenumi striktajn kvalitpostulojn. Subtenaj teknologioj inkluzivas Industrian Interreton de Aĵoj (IIoT), ciferecajn fadenojn, pliigitan realecon (AR) kaj prognozan analitikon.
Kvalito 4.0 priskribas daten-movitan metodon de kvalito por produktadaj procezoj, kiu implikas produktojn, procezojn, planadon, plenumon de regularoj kaj normojn. Ĝi baziĝas sur tradiciaj kvalitmetodoj, anstataŭ anstataŭigi ilin, uzante multajn el la samaj novaj teknologioj kiel siaj industriaj ekvivalentoj, inkluzive de maŝinlernado, konektitaj aparatoj, nuba komputado kaj ciferecaj ĝemeloj, por transformi la laborfluon de la organizo kaj elimini eblajn difektojn en produktoj aŭ procezoj. Oni atendas, ke la apero de Kvalito 4.0 plu ŝanĝos la laborejan kulturon per pliigo de dependeco de datumoj kaj pli profunda uzo de kvalito kiel parto de la ĝenerala produkta kreadmetodo.
Kvalito 4.0 integras funkciajn kaj kvalitkontrolajn (KA) aferojn de la komenco ĝis la dezajna stadio. Tio inkluzivas kiel koncepti kaj dezajni produktojn. Lastatempaj industriaj enketoj indikas, ke plej multaj merkatoj ne havas aŭtomatigitan dezajnan transigan procezon. La mana procezo lasas spacon por eraroj, ĉu temas pri interna eraro aŭ pri komunikado de dezajno kaj ŝanĝoj al la provizoĉeno.
Aldone al dizajnado, Kvalito 4.0 ankaŭ uzas procez-centran maŝinlernadon por redukti malŝparon, redukti riparlaboron kaj optimumigi produktadparametrojn. Krome, ĝi ankaŭ solvas problemojn pri produkta rendimento post livero, uzas surlokan retrosciigon por malproksime ĝisdatigi produktan programaron, konservas klientkontenton kaj finfine certigas ripetan komercon. Ĝi fariĝas neapartigebla partnero de Industrio 4.0.
Tamen, kvalito ne nur aplikeblas al elektitaj fabrikadaj ligiloj. La inkluziveco de Kvalito 4.0 povas enstampi ampleksan kvalitan aliron en fabrikadaj organizoj, igante la transforman potencon de datumoj integrita parto de entreprena pensado. Konformeco je ĉiuj niveloj de la organizo kontribuas al la formado de ĝenerala kvalita kulturo.
Neniu produktada procezo povas funkcii perfekte en 100% de la tempo. Ŝanĝiĝantaj kondiĉoj ekigas neantaŭviditajn okazaĵojn, kiuj postulas riparadon. Tiuj, kiuj havas sperton pri kvalito, komprenas, ke temas pri la procezo de moviĝo al perfekteco. Kiel vi certigas, ke kvalito estas integrita en la procezon por detekti problemojn kiel eble plej frue? Kion vi faros kiam vi trovos la difekton? Ĉu ekzistas iuj eksteraj faktoroj kaŭzantaj ĉi tiun problemon? Kiujn ŝanĝojn vi povas fari al la inspekta plano aŭ testproceduro por malhelpi, ke ĉi tiu problemo okazu denove?
Establu pensmanieron, ke ĉiu produktada procezo havas rilatan kaj rilatan kvalitan procezon. Imagu estontecon, kie ekzistas unu-al-unu rilato, kaj konstante mezuru la kvaliton. Kiom ajn okazas hazarde, perfekta kvalito povas esti atingita. Ĉiu laborcentro ĉiutage revizias indikilojn kaj ŝlosilajn rendimentajn indikilojn (KPIojn) por identigi areojn por plibonigo antaŭ ol problemoj aperas.
En ĉi tiu fermitcirkvita sistemo, ĉiu produktada procezo havas kvalitan inferencon, kiu provizas retrosciigon por haltigi la procezon, permesi al la procezo daŭri, aŭ fari realtempajn alĝustigojn. La sistemo ne estas influita de laceco aŭ homa eraro. Fermitcirkvita kvalita sistemo desegnita por aviadilproduktado estas esenca por atingi pli altajn kvalitnivelojn, mallongigi ciklotempojn, kaj certigi konformecon al AS9100-normoj.
Antaŭ dek jaroj, la ideo fokusigi kvalitkontrolon sur produktodezajno, merkata esplorado, provizantoj, produktoservoj aŭ aliaj faktoroj, kiuj influas klientkontenton, estis neebla. Oni komprenas, ke produktodezajno venas de pli alta aŭtoritato; kvalito temas pri efektivigo de ĉi tiuj dezajnoj sur la muntoĉeno, sendepende de iliaj mankoj.
Hodiaŭ, multaj kompanioj repripensas kiel fari negocojn. La status quo en 2018 eble ne plu eblas. Pli kaj pli da fabrikantoj fariĝas pli kaj pli inteligentaj. Pli da scio estas havebla, kio signifas pli bonan inteligentecon por konstrui la ĝustan produkton tuj, kun pli alta efikeco kaj rendimento.