Sipas SmarTech, një kompani konsulente për teknologjinë e prodhimit, hapësira ajrore është industria e dytë më e madhe e shërbyer nga prodhimi aditiv (AM), e dyta vetëm pas mjekësisë.Megjithatë, ka ende një mungesë të vetëdijes për potencialin e prodhimit aditiv të materialeve qeramike në prodhimin e shpejtë të komponentëve të hapësirës ajrore, fleksibilitet të rritur dhe efektivitet të kostos.AM mund të prodhojë pjesë qeramike më të forta dhe më të lehta, më shpejt dhe në mënyrë më të qëndrueshme - duke ulur kostot e punës, duke minimizuar montimin manual dhe duke përmirësuar efikasitetin dhe performancën përmes dizajnit të zhvilluar nga modelimi, duke reduktuar kështu peshën e avionit.Përveç kësaj, teknologjia qeramike e prodhimit të aditivëve ofron kontroll dimensional të pjesëve të përfunduara për veçori më të vogla se 100 mikron.
Megjithatë, fjala qeramikë mund të sjellë në mendje konceptin e gabuar të brishtësisë.Në fakt, qeramika e prodhuar nga aditivë prodhon pjesë më të lehta, më të imta me forcë të madhe strukturore, qëndrueshmëri dhe rezistencë ndaj një gamë të gjerë temperaturash.Kompanitë me pamje nga e ardhmja po i drejtohen komponentëve të prodhimit të qeramikës, duke përfshirë hundëzat dhe helikat, izoluesit elektrikë dhe tehët e turbinave.
Për shembull, alumini me pastërti të lartë ka fortësi të lartë dhe ka një rezistencë të fortë ndaj korrozionit dhe gamë të temperaturës.Komponentët e bërë nga alumini janë gjithashtu izolues elektrik në temperaturat e larta të zakonshme në sistemet e hapësirës ajrore.
Qeramikat me bazë zirkoni mund të plotësojnë shumë aplikime me kërkesa ekstreme për materiale dhe stres të lartë mekanik, si formimi i metaleve të nivelit të lartë, valvulat dhe kushinetat.Qeramikat e nitridit të silikonit kanë forcë të lartë, rezistencë të lartë dhe rezistencë të shkëlqyer ndaj goditjeve termike, si dhe rezistencë të mirë kimike ndaj korrozionit të një sërë acidesh, alkalesh dhe metalesh të shkrirë.Nitridi i silikonit përdoret për izolatorë, shtytës dhe antena dielektrike me temperaturë të lartë.
Qeramika e përbërë ofron disa cilësi të dëshirueshme.Qeramikat me bazë silikoni të shtuara me alumin dhe zirkon kanë provuar të performojnë mirë në prodhimin e derdhjeve me një kristal për tehet e turbinave.Kjo për shkak se bërthama qeramike e bërë nga ky material ka zgjerim termik shumë të ulët deri në 1500°C, porozitet të lartë, cilësi të shkëlqyer të sipërfaqes dhe rrjedhshmëri të mirë.Printimi i këtyre bërthamave mund të prodhojë modele turbinash që mund të përballojnë temperaturat më të larta të funksionimit dhe të rrisin efikasitetin e motorit.
Dihet mirë se formimi me injeksion ose përpunimi i qeramikës është shumë i vështirë, dhe përpunimi siguron akses të kufizuar në komponentët që prodhohen.Veçori të tilla si muret e hollë janë gjithashtu të vështira për t'u përpunuar.
Megjithatë, Lithoz përdor prodhimin e qeramikës me bazë litografie (LCM) për të prodhuar komponente qeramike 3D precize, në formë komplekse.
Duke filluar nga modeli CAD, specifikimet e detajuara transferohen në mënyrë dixhitale në printerin 3D.Më pas aplikoni pluhurin qeramik të formuluar saktësisht në pjesën e sipërme të enës transparente.Platforma e lëvizshme e ndërtimit është zhytur në baltë dhe më pas ekspozohet në mënyrë selektive ndaj dritës së dukshme nga poshtë.Imazhi i shtresës gjenerohet nga një pajisje dixhitale mikro-pasqyrë (DMD) e shoqëruar me sistemin e projektimit.Duke përsëritur këtë proces, një pjesë e gjelbër tre-dimensionale mund të gjenerohet shtresë pas shtrese.Pas trajtimit termik pas trajtimit, lidhësi hiqet dhe pjesët e gjelbra sinterohen-kombinohen me një proces të veçantë ngrohjeje-për të prodhuar një pjesë qeramike plotësisht të dendur me veti të shkëlqyera mekanike dhe cilësi të sipërfaqes.
Teknologjia LCM ofron një proces inovativ, me kosto efektive dhe më të shpejtë për derdhjen investuese të komponentëve të motorit të turbinës-duke anashkaluar prodhimin e shtrenjtë dhe të mundimshëm të kallëpit të kërkuar për formimin me injeksion dhe derdhjen e humbur të dyllit.
LCM gjithashtu mund të arrijë dizajne që nuk mund të arrihen me metoda të tjera, duke përdorur shumë më pak lëndë të para se metodat e tjera.
Pavarësisht potencialit të madh të materialeve qeramike dhe teknologjisë LCM, ka ende një hendek midis prodhuesve të pajisjeve origjinale AM ​​(OEM) dhe projektuesve të hapësirës ajrore.
Një arsye mund të jetë rezistenca ndaj metodave të reja të prodhimit në industri me kërkesa veçanërisht strikte të sigurisë dhe cilësisë.Prodhimi i hapësirës ajrore kërkon shumë procese verifikimi dhe kualifikimi, si dhe testime të plota dhe rigoroze.
Një pengesë tjetër përfshin besimin se printimi 3D është kryesisht i përshtatshëm vetëm për prototipe të shpejta një herë, në vend të çdo gjëje që mund të përdoret në ajër.Përsëri, ky është një keqkuptim, dhe komponentët qeramikë të printuar 3D janë provuar të përdoren në prodhimin masiv.
Një shembull është prodhimi i fletëve të turbinës, ku procesi qeramik AM prodhon bërthama me një kristal (SX), si dhe fletë turbinash superaliazhi me ngurtësim të drejtuar (DS) dhe derdhje ekuiakse (EX).Bërthamat me struktura komplekse të degëve, mure të shumta dhe skaje pasuese më pak se 200μm mund të prodhohen shpejt dhe ekonomikisht, dhe komponentët përfundimtarë kanë saktësi të qëndrueshme dimensionale dhe përfundim të shkëlqyer të sipërfaqes.
Përmirësimi i komunikimit mund të bashkojë projektuesit e hapësirës ajrore dhe AM OEM dhe t'u besojë plotësisht komponentëve qeramikë të prodhuar duke përdorur LCM dhe teknologji të tjera.Teknologjia dhe ekspertiza ekzistojnë.Ajo duhet të ndryshojë mënyrën e të menduarit nga AM për R&D dhe prototipizim, dhe ta shohë atë si rrugën përpara për aplikacionet tregtare në shkallë të gjerë.
Përveç edukimit, kompanitë e hapësirës ajrore mund të investojnë kohë edhe në personel, inxhinieri dhe testime.Prodhuesit duhet të jenë të njohur me standarde dhe metoda të ndryshme për vlerësimin e qeramikës, jo metaleve.Për shembull, dy standardet kryesore ASTM të Lithoz për qeramikën strukturore janë ASTM C1161 për testimin e forcës dhe ASTM C1421 për testimin e rezistencës.Këto standarde zbatohen për qeramikën e prodhuar me të gjitha metodat.Në prodhimin e aditivëve qeramikë, hapi i printimit është vetëm një metodë formimi dhe pjesët i nënshtrohen të njëjtit lloj sinterimi si qeramika tradicionale.Prandaj, mikrostruktura e pjesëve qeramike do të jetë shumë e ngjashme me përpunimin konvencional.
Bazuar në avancimin e vazhdueshëm të materialeve dhe teknologjisë, mund të themi me besim se projektuesit do të marrin më shumë të dhëna.Materialet e reja qeramike do të zhvillohen dhe përshtaten sipas nevojave specifike inxhinierike.Pjesët e bëra nga qeramika AM do të përfundojnë procesin e certifikimit për përdorim në hapësirën ajrore.Dhe do të sigurojë mjete më të mira të projektimit, të tilla si softueri i përmirësuar i modelimit.
Duke bashkëpunuar me ekspertët teknikë të LCM, kompanitë e hapësirës ajrore mund të prezantojnë procese qeramike AM duke shkurtuar kohën, duke ulur kostot dhe duke krijuar mundësi për zhvillimin e pronësisë intelektuale të kompanisë.Me largpamësi dhe planifikim afatgjatë, kompanitë e hapësirës ajrore që investojnë në teknologjinë qeramike mund të korrin përfitime të rëndësishme në të gjithë portofolin e tyre të prodhimit në dhjetë vitet e ardhshme dhe më tej.
Duke krijuar një partneritet me AM Ceramics, prodhuesit e pajisjeve origjinale të hapësirës ajrore do të prodhojnë komponentë që më parë ishin të paimagjinueshëm.
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 do të flasë mbi vështirësitë e komunikimit efektiv të avantazheve të prodhimit të aditivëve qeramikë në Ceramics Expo në Cleveland, Ohio më 1 shtator 2021.
Megjithëse zhvillimi i sistemeve të fluturimit hipersonik ka ekzistuar për dekada, ai tani është bërë prioriteti kryesor i mbrojtjes kombëtare të SHBA-së, duke e sjellë këtë fushë në një gjendje rritjeje dhe ndryshimi të shpejtë.Si një fushë unike multidisiplinare, sfida është gjetja e ekspertëve me aftësitë e nevojshme për të promovuar zhvillimin e saj.Megjithatë, kur nuk ka ekspertë të mjaftueshëm, ajo krijon një boshllëk inovacioni, si p.sh. vendosja e dizajnit për prodhimtari (DFM) fillimisht në fazën e Kërkimit dhe Zhvillimit dhe më pas shndërrimi në një boshllëk prodhimi kur është tepër vonë për të bërë ndryshime me kosto efektive.
Aleancat, si Aleanca e sapokrijuar Universitare për Hipersonikë të Aplikuar (UCAH), ofrojnë një mjedis të rëndësishëm për kultivimin e talenteve të nevojshme për të avancuar këtë fushë.Studentët mund të punojnë drejtpërdrejt me studiues të universitetit dhe profesionistë të industrisë për të zhvilluar teknologjinë dhe për të avancuar kërkimin kritik hipersonik.
Megjithëse UCAH dhe konsorciumet e tjera të mbrojtjes autorizuan anëtarët që të angazhohen në një sërë punësh inxhinierike, duhet bërë më shumë punë për të kultivuar talente të ndryshme dhe me përvojë, nga dizajni te zhvillimi i materialit dhe përzgjedhja e deri te punëtoritë e prodhimit.
Për të ofruar vlerë më të qëndrueshme në këtë fushë, aleanca universitare duhet ta bëjë prioritet zhvillimin e fuqisë punëtore duke u përshtatur me nevojat e industrisë, duke përfshirë anëtarët në kërkime të përshtatshme për industrinë dhe duke investuar në program.
Kur transformohet teknologjia hipersonike në projekte të prodhimit në shkallë të gjerë, hendeku ekzistues i aftësive të punës inxhinierike dhe prodhuese është sfida më e madhe.Nëse kërkimi i hershëm nuk e kapërcen këtë luginë të quajtur me vend të vdekjes - hendeku midis R&D dhe prodhimit, dhe shumë projekte ambicioze kanë dështuar - atëherë ne kemi humbur një zgjidhje të zbatueshme dhe të realizueshme.
Industria prodhuese e SHBA-së mund të përshpejtojë shpejtësinë supersonike, por rreziku për të mbetur prapa është të zgjerojë madhësinë e fuqisë punëtore për t'u përshtatur.Prandaj, qeveria dhe konsorciumet e zhvillimit të universiteteve duhet të bashkëpunojnë me prodhuesit për të vënë në jetë këto plane.
Industria ka përjetuar boshllëqe në aftësi nga punëtoritë e prodhimit te laboratorët inxhinierikë - këto boshllëqe vetëm sa do të zgjerohen ndërsa tregu hipersonik rritet.Teknologjitë në zhvillim kërkojnë një fuqi punëtore në zhvillim për të zgjeruar njohuritë në këtë fushë.
Puna hipersonike përfshin disa fusha të ndryshme kryesore të materialeve dhe strukturave të ndryshme, dhe secila zonë ka grupin e vet të sfidave teknike.Ato kërkojnë një nivel të lartë njohurish të detajuara dhe nëse ekspertiza e kërkuar nuk ekziston, kjo mund të krijojë pengesa për zhvillimin dhe prodhimin.Nëse nuk kemi njerëz të mjaftueshëm për të mbajtur vendin e punës, do të jetë e pamundur të mbajmë në hap me kërkesën për prodhim me shpejtësi të lartë.
Për shembull, ne kemi nevojë për njerëz që mund të ndërtojnë produktin përfundimtar.UCAH dhe konsorciumet e tjera janë thelbësore për të promovuar prodhimin modern dhe për të siguruar që studentët e interesuar në rolin e prodhimit të përfshihen.Nëpërmjet përpjekjeve ndërfunksionale të zhvillimit të fuqisë punëtore të përkushtuar, industria do të jetë në gjendje të ruajë një avantazh konkurrues në planet e fluturimeve hipersonike në vitet e ardhshme.
Duke krijuar UCAH, Departamenti i Mbrojtjes po krijon një mundësi për të adoptuar një qasje më të fokusuar për ndërtimin e aftësive në këtë fushë.Të gjithë anëtarët e koalicionit duhet të punojnë së bashku për të trajnuar aftësitë e veçanta të studentëve në mënyrë që ne të mund të ndërtojmë dhe ruajmë vrullin e kërkimit dhe ta zgjerojmë atë për të prodhuar rezultatet që i duhen vendit tonë.
Aleanca e Përparuar e Përbërjeve të NASA-s tashmë e mbyllur është një shembull i një përpjekjeje të suksesshme për zhvillimin e fuqisë punëtore.Efektiviteti i tij është rezultat i kombinimit të punës së R&D me interesat e industrisë, gjë që lejon inovacionin të zgjerohet në të gjithë ekosistemin e zhvillimit.Drejtuesit e industrisë kanë punuar drejtpërdrejt me NASA-n dhe universitetet në projekte për dy deri në katër vjet.Të gjithë anëtarët kanë zhvilluar njohuri dhe përvojë profesionale, kanë mësuar të bashkëpunojnë në një mjedis jo konkurrues dhe kanë ushqyer studentët e kolegjit që të zhvillohen për të ushqyer lojtarët kryesorë të industrisë në të ardhmen.
Ky lloj zhvillimi i fuqisë punëtore mbush boshllëqet në industri dhe ofron mundësi për bizneset e vogla që të rinovojnë shpejt dhe të diversifikojnë fushën për të arritur rritje të mëtejshme, të favorshme për sigurinë kombëtare të SHBA-së dhe iniciativat e sigurisë ekonomike.
Aleancat universitare duke përfshirë UCAH janë asete të rëndësishme në fushën hipersonike dhe industrinë e mbrojtjes.Megjithëse kërkimi i tyre ka promovuar inovacione në zhvillim, vlera e tyre më e madhe qëndron në aftësinë e tyre për të trajnuar gjeneratën tonë të ardhshme të fuqisë punëtore.Konsorciumi tani duhet t'i japë përparësi investimeve në plane të tilla.Duke vepruar kështu, ata mund të ndihmojnë në nxitjen e suksesit afatgjatë të inovacionit 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.
Prodhuesit e produkteve komplekse, me inxhinieri të lartë (të tilla si komponentët e avionëve) janë të përkushtuar për përsosmëri çdo herë.Nuk ka vend për manovrim.
Për shkak se prodhimi i avionëve është jashtëzakonisht kompleks, prodhuesit duhet të menaxhojnë me kujdes procesin e cilësisë, duke i kushtuar vëmendje të madhe çdo hapi.Kjo kërkon një kuptim të thellë se si të menaxhohen dhe përshtaten me çështjet dinamike të prodhimit, cilësisë, sigurisë dhe zinxhirit të furnizimit duke përmbushur kërkesat rregullatore.
Për shkak se shumë faktorë ndikojnë në shpërndarjen e produkteve me cilësi të lartë, është e vështirë të menaxhohen porositë e prodhimit kompleks dhe që ndryshojnë shpesh.Procesi i cilësisë duhet të jetë dinamik në çdo aspekt të inspektimit dhe projektimit, prodhimit dhe testimit.Falë strategjive të Industry 4.0 dhe zgjidhjeve moderne të prodhimit, këto sfida të cilësisë janë bërë më të lehta për t'u menaxhuar dhe kapërcyer.
Fokusi tradicional i prodhimit të avionëve ka qenë gjithmonë te materialet.Burimi i shumicës së problemeve të cilësisë mund të jetë thyerja e brishtë, korrozioni, lodhja e metaleve ose faktorë të tjerë.Megjithatë, prodhimi i sotëm i avionëve përfshin teknologji të avancuara, shumë të projektuara që përdorin materiale rezistente.Krijimi i produktit përdor procese dhe sisteme elektronike shumë të specializuara dhe komplekse.Zgjidhjet e softuerit të menaxhimit të operacioneve të përgjithshme mund të mos jenë më në gjendje të zgjidhin probleme jashtëzakonisht komplekse.
Pjesë më komplekse mund të blihen nga zinxhiri i furnizimit global, kështu që duhet t'i kushtohet më shumë vëmendje integrimit të tyre gjatë procesit të montimit.Pasiguria sjell sfida të reja për shikueshmërinë e zinxhirit të furnizimit dhe menaxhimin e cilësisë.Sigurimi i cilësisë së kaq shumë pjesëve dhe produkteve të gatshme kërkon metoda cilësore më të mira dhe më të integruara.
Industria 4.0 përfaqëson zhvillimin e industrisë së prodhimit dhe nevojiten gjithnjë e më shumë teknologji të avancuara për të përmbushur kërkesat strikte të cilësisë.Teknologjitë mbështetëse përfshijnë Internetin Industrial të Gjërave (IIoT), lidhjet dixhitale, realitetin e shtuar (AR) dhe analitikën parashikuese.
Cilësia 4.0 përshkruan një metodë të cilësisë së procesit të prodhimit të drejtuar nga të dhënat që përfshin produktet, proceset, planifikimin, pajtueshmërinë dhe standardet.Ai është ndërtuar në vend që të zëvendësojë metodat tradicionale të cilësisë, duke përdorur shumë nga të njëjtat teknologji të reja si homologët e tij industrialë, duke përfshirë mësimin e makinerive, pajisjet e lidhura, kompjuterin cloud dhe binjakët dixhitalë për të transformuar rrjedhën e punës të organizatës dhe për të eliminuar defektet e mundshme të produkteve ose proceseve.Shfaqja e Quality 4.0 pritet të ndryshojë më tej kulturën e vendit të punës duke rritur mbështetjen në të dhëna dhe një përdorim më të thellë të cilësisë si pjesë e metodës së përgjithshme të krijimit të produktit.
Cilësia 4.0 integron çështjet operacionale dhe të sigurimit të cilësisë (QA) nga fillimi deri në fazën e projektimit.Kjo përfshin mënyrën e konceptimit dhe dizajnimit të produkteve.Rezultatet e fundit të sondazhit të industrisë tregojnë se shumica e tregjeve nuk kanë një proces të automatizuar të transferimit të dizajnit.Procesi manual lë hapësirë ​​për gabime, pavarësisht nëse është një gabim i brendshëm ose komunikimi i dizajnit dhe ndryshimeve në zinxhirin e furnizimit.
Përveç dizajnit, Quality 4.0 përdor gjithashtu mësimin e makinerive të përqendruar në proces për të reduktuar mbeturinat, për të reduktuar ripërpunimin dhe për të optimizuar parametrat e prodhimit.Përveç kësaj, ai gjithashtu zgjidh çështjet e performancës së produktit pas dorëzimit, përdor reagimet në vend për të përditësuar në distancë softuerin e produktit, ruan kënaqësinë e klientit dhe në fund siguron përsëritjen e biznesit.Ajo po bëhet një partner i pandashëm i Industry 4.0.
Megjithatë, cilësia nuk është e zbatueshme vetëm për lidhjet e përzgjedhura të prodhimit.Gjithëpërfshirja e Quality 4.0 mund të rrënjos një qasje gjithëpërfshirëse të cilësisë në organizatat prodhuese, duke e bërë fuqinë transformuese të të dhënave një pjesë integrale të të menduarit të korporatës.Pajtueshmëria në të gjitha nivelet e organizatës kontribuon në formimin e një kulture të përgjithshme të cilësisë.
Asnjë proces prodhimi nuk mund të funksionojë në mënyrë të përsosur në 100% të kohës.Ndryshimet e kushteve shkaktojnë ngjarje të paparashikuara që kërkojnë korrigjim.Ata që kanë përvojë në cilësi e kuptojnë se gjithçka ka të bëjë me procesin e lëvizjes drejt përsosmërisë.Si siguroni që cilësia të përfshihet në proces për të zbuluar problemet sa më shpejt që të jetë e mundur?Çfarë do të bëni kur të gjeni defektin?A ka ndonjë faktor të jashtëm që e shkakton këtë problem?Çfarë ndryshimesh mund të bëni në planin e inspektimit ose procedurën e testimit për të parandaluar që ky problem të përsëritet?
Krijoni një mentalitet që çdo proces prodhimi ka një proces cilësor të lidhur dhe të lidhur.Imagjinoni një të ardhme ku ka një marrëdhënie një me një dhe matni vazhdimisht cilësinë.Pavarësisht se çfarë ndodh rastësisht, mund të arrihet cilësi e përsosur.Çdo qendër pune shqyrton treguesit dhe treguesit kryesorë të performancës (KPI) në baza ditore për të identifikuar fushat për përmirësim përpara se të shfaqen probleme.
Në këtë sistem me qark të mbyllur, çdo proces prodhimi ka një përfundim cilësor, i cili siguron reagime për të ndaluar procesin, për të lejuar që procesi të vazhdojë ose për të bërë rregullime në kohë reale.Sistemi nuk ndikohet nga lodhja apo gabimi njerëzor.Një sistem cilësie me qark të mbyllur i krijuar për prodhimin e avionëve është thelbësor për të arritur nivele më të larta të cilësisë, për të shkurtuar kohën e ciklit dhe për të siguruar përputhjen me standardet AS9100.
Dhjetë vjet më parë, ideja e fokusimit të SC në dizajnin e produktit, hulumtimin e tregut, furnitorët, shërbimet e produktit ose faktorë të tjerë që ndikojnë në kënaqësinë e klientit ishte e pamundur.Dizajni i produktit kuptohet se vjen nga një autoritet më i lartë;cilësia ka të bëjë me ekzekutimin e këtyre modeleve në linjën e montimit, pavarësisht nga mangësitë e tyre.
Sot, shumë kompani po rimendojnë se si të bëjnë biznes.Status quo-ja në 2018 mund të mos jetë më e mundur.Gjithnjë e më shumë prodhues po bëhen gjithnjë e më të zgjuar.Ka më shumë njohuri, që do të thotë inteligjencë më e mirë për të ndërtuar produktin e duhur në herën e parë, me efikasitet dhe performancë më të lartë.