Sipas SmarTech, një kompani konsulence për teknologjinë e prodhimit, hapësira ajrore është industria e dytë më e madhe që shërbehet nga prodhimi aditiv (AM), i dyti pas mjekësisë. Megjithatë, ende mungon ndërgjegjësimi për potencialin e prodhimit aditiv të materialeve qeramike në prodhimin e shpejtë të komponentëve të hapësirës ajrore, rritjen e fleksibilitetit dhe efektivitetin e 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 me anë të modelimit, duke zvogëluar kështu peshën e avionit. Përveç kësaj, teknologjia e prodhimit aditiv të qeramikës siguron kontroll dimensional të pjesëve të përfunduara për karakteristika më të vogla se 100 mikronë.
Megjithatë, fjala qeramikë mund të ngjallë keqkuptimin e brishtësisë. Në fakt, qeramika e prodhuar me aditivë prodhon pjesë më të lehta dhe më të imëta me forcë të madhe strukturore, fortësi dhe rezistencë ndaj një diapazoni të gjerë temperaturash. Kompanitë me vizion po i drejtohen komponentëve të prodhimit të qeramikës, duke përfshirë grykat dhe helikat, izolatorët elektrikë dhe fletët e turbinave.
Për shembull, alumina me pastërti të lartë ka fortësi të lartë dhe ka një rezistencë të fortë ndaj korrozionit dhe diapazon të lartë temperature. Komponentët e bërë nga alumina janë gjithashtu izolues elektrikë në temperaturat e larta të zakonshme në sistemet hapësinore.
Qeramika me bazë zirkonie mund të përmbushë shumë aplikime me kërkesa ekstreme për materiale dhe stres të lartë mekanik, siç janë formëzimi i metaleve të nivelit të lartë, valvolat dhe kushinetat. Qeramika e nitridit të silikonit ka rezistencë të lartë, fortësi 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, helika dhe antena dielektrike të ulëta në temperaturë të lartë.
Qeramika kompozite ofron disa cilësi të dëshirueshme. Qeramika me bazë silikoni të shtuar me aluminë dhe zirkon ka provuar të ketë performancë të mirë në prodhimin e derdhjeve monokristalesh për fletët e turbinave. Kjo për shkak se bërthama qeramike e bërë nga ky material ka zgjerim termik shumë të ulët deri në 1,500°C, porozitet të lartë, cilësi të shkëlqyer të sipërfaqes dhe rrjedhje të mirë. Shtypja e këtyre bërthamave mund të prodhojë dizajne turbinash që mund t'i rezistojnë temperaturave më të larta të funksionimit dhe të rrisin efikasitetin e motorit.
Dihet mirë se derdhja me injeksion ose përpunimi mekanik i qeramikës është shumë i vështirë, dhe përpunimi mekanik ofron akses të kufizuar në komponentët që prodhohen. Karakteristika të tilla si muret e holla janë gjithashtu të vështira për t'u përpunuar.
Megjithatë, Lithoz përdor prodhimin e qeramikës (LCM) të bazuar në litografi për të prodhuar komponentë qeramikë 3D të saktë dhe me formë komplekse.
Duke filluar nga modeli CAD, specifikimet e detajuara transferohen dixhitalisht në printerin 3D. Pastaj aplikohet pluhuri qeramik i formuluar me saktësi në majë të enës transparente. Platforma e lëvizshme e ndërtimit zhytet në baltë dhe më pas ekspozohet në mënyrë selektive ndaj dritës së dukshme nga poshtë. Imazhi i shtresës gjenerohet nga një pajisje dixhitale mikro-pasqyre (DMD) e lidhur me sistemin e projeksionit. Duke përsëritur këtë proces, një pjesë e gjelbër tre-dimensionale mund të gjenerohet shtresë pas shtrese. Pas trajtimit termik pasues, lidhësi hiqet dhe pjesët e gjelbra sinterizohen - kombinohen me një proces të veçantë ngrohjeje - për të prodhuar një pjesë qeramike plotësisht të dendur me veti mekanike dhe cilësi sipërfaqësore të shkëlqyera.
Teknologjia LCM ofron një proces inovativ, me kosto efektive dhe më të shpejtë për derdhjen e investimit të komponentëve të motorit me turbinë, duke anashkaluar prodhimin e kushtueshëm dhe të mundimshëm të formave të nevojshme për derdhjen me injeksion dhe derdhjen e dyllit të humbur.
LCM gjithashtu mund të arrijë dizajne që nuk mund të arrihen me metoda të tjera, duke përdorur shumë më pak lëndë të para sesa metodat e tjera.
Pavarësisht potencialit të madh të materialeve qeramike dhe teknologjisë LCM, ende ekziston 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 industritë me kërkesa veçanërisht të rrepta sigurie dhe cilësie. Prodhimi i hapësirës ajrore kërkon shumë procese verifikimi dhe kualifikimi, si dhe testime të plota dhe rigoroze.
Një pengesë tjetër përfshin bindjen se printimi 3D është kryesisht i përshtatshëm vetëm për prototipizim të shpejtë një herësh, në vend të çdo gjëje që mund të vihet në përdorim në ajër. Përsëri, ky është një keqkuptim, dhe komponentët qeramikë të printuar 3D janë provuar të përdoren në prodhim masiv.
Një shembull është prodhimi i fletëve të turbinës, ku procesi qeramik AM prodhon bërthama me kristal të vetëm (SX), si dhe fletë turbine me superaliazh me ngurtësim të drejtuar (DS) dhe derdhje të barabartë me bosht (EX). Bërthamat me struktura komplekse degëzimi, mure të shumëfishta dhe skaje prapa më pak se 200μm mund të prodhohen shpejt dhe ekonomikisht, dhe përbërësit përfundimtarë kanë saktësi dimensionale të qëndrueshme dhe sipërfaqe të shkëlqyer.
Përmirësimi i komunikimit mund të bashkojë projektuesit e hapësirës ajrore dhe prodhuesit origjinalë të pajisjeve (OEM) të AM dhe t'u besojë plotësisht komponentëve qeramikë të prodhuar duke përdorur LCM dhe teknologji të tjera. Teknologjia dhe ekspertiza ekzistojnë. Duhet të ndryshojë mënyra e të menduarit nga AM për R&D dhe prototipimin, dhe ta shohë atë si rrugën përpara për aplikimet komerciale në shkallë të gjerë.
Përveç arsimit, 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 të metaleve. Për shembull, dy standardet kryesore ASTM të Lithoz për qeramikat strukturore janë ASTM C1161 për testimin e rezistencës dhe ASTM C1421 për testimin e rezistencës. Këto standarde zbatohen për qeramikat e prodhuara me të gjitha metodat. Në prodhimin shtesë të qeramikës, hapi i shtypjes 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 përparimin 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 ofrojnë mjete më të mira projektimi, siç është softueri i përmirësuar i modelimit.
Duke bashkëpunuar me ekspertët teknikë të LCM-së, kompanitë e hapësirës ajrore mund të prezantojnë proceset e qeramikës AM në mënyrë të brendshme, duke shkurtuar kohën, duke ulur kostot dhe duke krijuar mundësi për zhvillimin e pronës intelektuale të vetë kompanisë. Me largpamësi dhe planifikim afatgjatë, kompanitë e hapësirës ajrore që investojnë në teknologjinë e qeramikës mund të korrin përfitime të konsiderueshme 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 Ekspozitën e Qeramikës në Cleveland, Ohio, më 1 shtator 2021.
Edhe pse zhvillimi i sistemeve të fluturimit hipersonik ka ekzistuar për dekada, ai tani është bërë përparësia kryesore e mbrojtjes kombëtare të SHBA-së, duke e sjellë këtë fushë në një gjendje rritjeje dhe ndryshimi të shpejtë. Si një fushë unike shumëdisiplinore, sfida është gjetja e ekspertëve me aftësitë e nevojshme për të promovuar zhvillimin e saj. Megjithatë, kur nuk ka mjaftueshëm ekspertë, kjo krijon një hendek inovacioni, siç është vendosja e dizajnit për prodhim (DFM) së pari në fazën e R&D, dhe më pas shndërrimi në një hendek prodhimi kur është tepër vonë për të bërë ndryshime me kosto efektive.
Aleancat, të tilla si Aleanca Universitare për Hipersonikën e Aplikuar (UCAH), e sapokrijuar, ofrojnë një mjedis të rëndësishëm për kultivimin e talenteve të nevojshme për të avancuar këtë fushë. Studentët mund të punojnë drejtpërdrejt me studiuesit e universiteteve dhe profesionistët e industrisë për të zhvilluar teknologji dhe për të avancuar kërkimin kritik hipersonik.
Edhe pse UCAH dhe konsorciume të tjera të mbrojtjes autorizuan anëtarët të angazhoheshin në një sërë punësh inxhinierike, duhet bërë më shumë punë për të kultivuar talente të larmishme dhe me përvojë, nga projektimi te zhvillimi dhe përzgjedhja e materialeve e deri te punëtoritë e prodhimit.
Për të ofruar vlerë më të qëndrueshme në këtë fushë, aleanca universitare duhet ta bëjë zhvillimin e fuqisë punëtore një përparësi 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, boshllëku ekzistues i aftësive të punës në inxhinieri dhe prodhim është sfida më e madhe. Nëse kërkimet e hershme nuk e kapërcejnë këtë luginë të vdekjes, të quajtur me të drejtë, - hendekun midis kërkim-zhvillimit dhe prodhimit, dhe shumë projekte ambicioze kanë dështuar - atëherë kemi humbur një zgjidhje të zbatueshme dhe të realizueshme.
Industria prodhuese amerikane mund ta përshpejtojë shpejtësinë supersonike, por rreziku i mbetjes prapa është zgjerimi i madhësisë së fuqisë punëtore për t'u përputhur me këtë. Prandaj, qeveria dhe konsorciumet e zhvillimit universitar duhet të bashkëpunojnë me prodhuesit për t'i vënë në praktikë këto plane.
Industria ka përjetuar boshllëqe në aftësi, nga punëtoritë e prodhimit deri te laboratorët e inxhinierisë - këto boshllëqe vetëm sa do të zgjerohen me rritjen e tregut hipersonik. Teknologjitë në zhvillim kërkojnë një forcë punëtore në zhvillim për të zgjeruar njohuritë në këtë fushë.
Puna hipersonike përfshin disa fusha të ndryshme kyçe të materialeve dhe strukturave të ndryshme, dhe secila fushë ka sfidat e veta teknike. Ato kërkojnë një nivel të lartë njohurish të detajuara, dhe nëse nuk ekziston ekspertiza e kërkuar, kjo mund të krijojë pengesa për zhvillimin dhe prodhimin. Nëse nuk kemi mjaftueshëm njerëz për të mirëmbajtur punën, do të jetë e pamundur të përballojmë kërkesën për prodhim me shpejtësi të lartë.
Për shembull, na duhen njerëz që mund të ndërtojnë produktin përfundimtar. UCAH dhe konsorciume të tjera janë thelbësore për të promovuar prodhimin modern dhe për të siguruar që studentët e interesuar në rolin e prodhimit të përfshihen. Nëpërmjet përpjekjeve të përkushtuara ndërfunksionale për zhvillimin e fuqisë punëtore, industria do të jetë në gjendje të ruajë një avantazh konkurrues në planet e fluturimit hipersonik në vitet e ardhshme.
Duke themeluar UCAH-në, Departamenti i Mbrojtjes po krijon një mundësi për të miratuar një qasje më të fokusuar në ndërtimin e kapaciteteve në këtë fushë. Të gjithë anëtarët e koalicionit duhet të punojnë së bashku për të trajnuar aftësitë e studentëve në nivel specifik, në mënyrë që të ndërtojmë dhe ruajmë vrullin e kërkimit dhe ta zgjerojmë atë për të prodhuar rezultatet që i nevojiten vendit tonë.
Aleanca e Përbërësve të Avancuar të NASA-s, e cila tani është mbyllur, është një shembull i një përpjekjeje të suksesshme për zhvillimin e fuqisë punëtore. Efektiviteti i saj është rezultat i kombinimit të punës në Kërkim dhe Zhvillim me interesat e industrisë, gjë që lejon që inovacioni të zgjerohet në të gjithë ekosistemin e zhvillimit. Udhëheqësit 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 ndihmuar studentët e kolegjit të zhvillohen për të edukuar 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 inovojnë shpejt dhe të diversifikojnë fushën për të arritur rritje të mëtejshme që nxit sigurinë kombëtare të SHBA-së dhe iniciativat e sigurisë ekonomike.
Aleancat universitare, përfshirë UCAH, janë asete të rëndësishme në fushën hipersonike dhe në industrinë e mbrojtjes. Edhe pse kërkimet e tyre kanë 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 të përparësojë investimet 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 dhe me inxhinieri të lartë (siç janë pjesët e avionëve) janë të përkushtuar ndaj përsosmërisë çdo herë. Nuk ka vend për manovrim.
Meqenëse prodhimi i avionëve është jashtëzakonisht kompleks, prodhuesit duhet ta menaxhojnë me kujdes procesin e cilësisë, duke i kushtuar vëmendje të madhe çdo hapi. Kjo kërkon një kuptim të thellë se si të menaxhohet dhe të përshtatet me çështjet dinamike të prodhimit, cilësisë, sigurisë dhe zinxhirit të furnizimit, duke përmbushur njëkohësisht kërkesat rregullatore.
Meqenëse shumë faktorë ndikojnë në ofrimin e produkteve me cilësi të lartë, është e vështirë të menaxhohen porositë komplekse dhe që ndryshojnë shpesh. Procesi i cilësisë duhet të jetë dinamik në çdo aspekt të inspektimit dhe projektimit, prodhimit dhe testimit. Falë strategjive të Industrisë 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 përparuara dhe shumë të projektuara që përdorin materiale rezistente. Krijimi i produkteve përdor procese dhe sisteme elektronike shumë të specializuara dhe komplekse. Zgjidhjet e përgjithshme të softuerëve të menaxhimit të operacioneve mund të mos jenë më në gjendje të zgjidhin probleme jashtëzakonisht komplekse.
Pjesë më komplekse mund të blihen nga zinxhiri global i furnizimit, prandaj duhet t'i kushtohet më shumë vëmendje integrimit të tyre gjatë gjithë procesit të montimit. Pasiguria sjell sfida të reja për dukshmërinë e zinxhirit të furnizimit dhe menaxhimin e cilësisë. Sigurimi i cilësisë së kaq shumë pjesëve dhe produkteve të gatshme kërkon metoda më të mira dhe më të integruara të cilësisë.
Industria 4.0 përfaqëson zhvillimin e industrisë prodhuese dhe nevojiten gjithnjë e më shumë teknologji të përparuara për të përmbushur kërkesat strikte të cilësisë. Teknologjitë mbështetëse përfshijnë Internetin Industrial të Gjërave (IIoT), fijet dixhitale, realitetin e shtuar (AR) dhe analizat parashikuese.
Cilësia 4.0 përshkruan një metodë cilësie të procesit të prodhimit të bazuar në të dhëna që përfshin produkte, procese, planifikim, pajtueshmëri dhe standarde. Ajo është ndërtuar mbi metodat tradicionale të cilësisë, në vend që t'i zëvendësojë ato, duke përdorur shumë nga të njëjtat teknologji të reja si homologët e saj industrialë, duke përfshirë të mësuarit automatik, pajisjet e lidhura, cloud computing dhe binjakët dixhitalë për të transformuar rrjedhën e punës së organizatës dhe për të eliminuar defektet e mundshme të produkteve ose proceseve. Shfaqja e Cilësisë 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 operative dhe të sigurimit të cilësisë (QA) që nga fillimi deri në fazën e projektimit. Kjo përfshin mënyrën e konceptualizimit dhe projektimit të produkteve. Rezultatet e fundit të anketave të industrisë tregojnë se shumica e tregjeve nuk kanë një proces të automatizuar të transferimit të dizajnit. Procesi manual lë hapësirë ​​për gabime, qoftë një gabim i brendshëm apo komunikimi i dizajnit dhe ndryshimeve në zinxhirin e furnizimit.
Përveç dizajnit, Cilësia 4.0 përdor gjithashtu të mësuarit automatik të përqendruar në proces për të zvogëluar mbeturinat, për të zvogëluar ripërpunimin dhe për të optimizuar parametrat e prodhimit. Përveç kësaj, ajo zgjidh gjithashtu problemet e performancës së produktit pas dorëzimit, përdor reagime në vend për të përditësuar nga distanca softuerin e produktit, ruan kënaqësinë e klientit dhe në fund të fundit siguron biznes të përsëritur. Po bëhet një partner i pandashëm i Industrisë 4.0.
Megjithatë, cilësia nuk është e zbatueshme vetëm për hallka të zgjedhura të prodhimit. Përfshirja e Cilësisë 4.0 mund të ngulisë 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 ecë në mënyrë të përsosur në 100% të kohës. Ndryshimi i kushteve shkakton ngjarje të paparashikuara që kërkojnë ndreqje. Ata që kanë përvojë në cilësi e kuptojnë se gjithçka ka të bëjë me procesin e lëvizjes drejt përsosmërisë. Si siguroheni që cilësia të përfshihet në proces për të zbuluar problemet sa më shpejt të jetë e mundur? Çfarë do të bëni kur të gjeni defektin? A ka ndonjë faktor të jashtëm që shkakton këtë problem? Çfarë ndryshimesh mund të bëni në planin e inspektimit ose procedurën e testimit për të parandaluar që ky problem të ndodhë përsëri?
Krijoni një mentalitet se çdo proces prodhimi ka një proces cilësie të lidhur dhe të lidhur me të. 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 problemet.
Në këtë sistem me cikli të mbyllur, çdo proces prodhimi ka një përfundim të cilësisë, i cili ofron 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 ose gabimet njerëzore. Një sistem cilësie me cikli të mbyllur i projektuar për prodhimin e avionëve është thelbësor për të arritur nivele më të larta cilësie, për të shkurtuar kohët e cikleve dhe për të siguruar pajtueshmërinë me standardet AS9100.
Dhjetë vjet më parë, ideja e përqendrimit të QA-së në dizajnin e produktit, kërkimin e tregut, furnizuesit, shërbimet e produkteve 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 dizajneve në linjën e montimit, pavarësisht nga mangësitë e tyre.
Sot, shumë kompani po ripërcaktojnë mënyrën e të bërit biznes. Status quo-ja në vitin 2018 mund të mos jetë më e mundur. Gjithnjë e më shumë prodhues po bëhen gjithnjë e më të zgjuar. Më shumë njohuri janë në dispozicion, që do të thotë inteligjencë më e mirë për të ndërtuar produktin e duhur që në herën e parë, me efikasitet dhe performancë më të lartë.