Dapre SmarTech, yon konpayi konsiltasyon teknoloji fabrikasyon, ayewospasyal se dezyèm pi gwo endistri ki sèvi pa fabrikasyon aditif (AM), sèlman apre medikaman. Sepandan, toujou gen yon mank konsyantizasyon sou potansyèl fabrikasyon aditif materyèl seramik yo nan fabrikasyon rapid konpozan ayewospasyal yo, ogmante fleksibilite ak rentabilité. AM ka pwodui pyès seramik ki pi solid ak pi lejè pi vit e yon fason pi dirab, sa diminye depans travay yo, minimize asanblaj manyèl, epi amelyore efikasite ak pèfòmans atravè konsepsyon devlope pa modèl, kidonk diminye pwa avyon an. Anplis de sa, teknoloji seramik fabrikasyon aditif bay kontwòl dimansyon pyès fini yo pou karakteristik ki pi piti pase 100 mikron.
Sepandan, mo seramik la ka fè moun panse yo pa byen konprann ke materyèl la frajilite. Anfèt, seramik yo fabrike ak aditif pwodui pyès ki pi lejè, ki pi rafine, ki gen yon gwo fòs estriktirèl, ki solid, epi ki reziste nan yon pakèt tanperati. Konpayi ki panse a lavni yo ap chèche konpozan fabrikasyon seramik, tankou bouch ak elis, izolatè elektrik ak lam turbin.
Pa egzanp, aliminyòm ki gen anpil pite gen yon gwo dite, epi li gen yon gwo rezistans kont korozyon ak yon bon ran tanperati. Konpozan ki fèt ak aliminyòm yo izole elektrikman tou nan tanperati ki wo, sa yo komen nan sistèm ayewospasyal yo.
Seramik ki baze sou zirkonya ka satisfè anpil aplikasyon ki gen egzijans materyèl ekstrèm ak gwo estrès mekanik, tankou bòdi metal wo nivo, tiyo ak kousinen. Seramik nitrid Silisyòm yo gen gwo fòs, gwo dite ak ekselan rezistans chòk tèmik, osi byen ke bon rezistans chimik nan korozyon yon varyete asid, alkali ak metal fonn. Nitrid Silisyòm yo itilize pou izolan, enpèlè, ak antèn tanperati ki wo ak ba dyelèktrik.
Seramik konpoze yo bay plizyè kalite dezirab. Seramik ki baze sou Silisyòm, yo ajoute aliminyòm ak zirkon, pwouve yo byen pèfòme nan fabrikasyon pyès monokristal pou lam turbin. Sa a se paske nwayo seramik ki fèt ak materyèl sa a gen yon ekspansyon tèmik ki ba anpil jiska 1,500°C, yon gwo porosit, yon ekselan kalite sifas ak yon bon lesivabilite. Enprime nwayo sa yo ka pwodui desen turbin ki ka reziste tanperati fonksyònman ki pi wo epi ogmante efikasite motè a.
Li byen koni ke moulaj seramik pa enjeksyon oswa machinasyon trè difisil, epi machinasyon an bay aksè limite nan konpozan yo fabrike yo. Karakteristik tankou mi mens yo difisil tou pou machinasyon.
Sepandan, Lithoz itilize fabrikasyon seramik ki baze sou litografi (LCM) pou fabrike konpozan seramik 3D ki presi e ki gen fòm konplèks.
Apati modèl CAD la, espesifikasyon detaye yo transfere dijitalman nan enprimant 3D a. Apre sa, aplike poud seramik ki byen formulé a sou tèt basen transparan an. Platfòm konstriksyon mobil lan plonje nan labou a epi answit ekspoze li yon fason selektif a limyè vizib ki soti anba. Imaj kouch la pwodui pa yon aparèy mikwo-miwa dijital (DMD) ki makonnen ak sistèm pwojeksyon an. Lè w repete pwosesis sa a, ou ka pwodui yon pati vèt twa dimansyon kouch pa kouch. Apre tretman tèmik la, yo retire lyan an epi yo sinterize pati vèt yo - yo konbine yo pa yon pwosesis chofaj espesyal - pou pwodui yon pati seramik konplètman dans ak ekselan pwopriyete mekanik ak kalite sifas.
Teknoloji LCM bay yon pwosesis inovatè, pri-efikas e pi rapid pou moulaj konpozan motè turbine - li evite fabrikasyon mwazi ki chè ak travayè ki nesesè pou bòdi piki ak moulaj sir pèdi.
LCM kapab tou reyalize desen ki pa ka reyalize pa lòt metòd, pandan y ap itilize anpil mwens matyè premyè pase lòt metòd yo.
Malgre gwo potansyèl materyèl seramik yo ak teknoloji LCM, toujou gen yon espas ant manifaktirè ekipman orijinal AM (OEM) ak konsèpteur ayewospasyal yo.
Youn nan rezon yo kapab rezistans anvè nouvo metòd fabrikasyon nan endistri ki gen egzijans sekirite ak kalite patikilyèman strik. Fabrikasyon ayewospasyal mande anpil pwosesis verifikasyon ak kalifikasyon, ansanm ak tès apwofondi ak rigoureux.
Yon lòt obstak se kwayans ke enprime 3D a sitou apwopriye sèlman pou prototipaj rapid yon sèl fwa, olye ke nenpòt bagay ki ka itilize nan lè a. Ankò, sa a se yon malantandi, epi konpozan seramik enprime 3D yo te pwouve yo itilize nan pwodiksyon an mas.
Yon egzanp se fabrikasyon lam turbin, kote pwosesis seramik AM a pwodui nwayo monokristal (SX), ansanm ak lam turbin superalyaj solidifikasyon direksyonèl (DS) ak koule ekiaks (EX). Nwayo ki gen estrikti branch konplèks, plizyè mi ak bor dèyè mwens pase 200μm ka pwodui byen vit epi ekonomikman, epi konpozan final yo gen presizyon dimansyonèl ki konsistan ak yon fini sifas ekselan.
Amelyorasyon kominikasyon an ka reyini konsèpteur ayewospasyal yo ak OEM AM yo epi fè konpozan seramik ki fabrike lè l sèvi avèk LCM ak lòt teknoloji yo konfyans nèt. Teknoloji ak ekspètiz egziste. Li nesesè pou chanje fason panse AM soti nan R&D ak prototip, epi wè li kòm chemen pou pi devan pou aplikasyon komèsyal sou gwo echèl.
Anplis edikasyon, konpayi ayewospasyal yo kapab envesti tan tou nan pèsonèl, jeni, ak tès. Konpayi fabrikasyon yo dwe abitye avèk diferan estanda ak metòd pou evalye seramik yo, pa metal. Pa egzanp, de estanda ASTM kle Lithoz yo pou seramik estriktirèl yo se ASTM C1161 pou tès fòs ak ASTM C1421 pou tès rezistans. Estanda sa yo aplike pou seramik ki pwodui pa tout metòd yo. Nan fabrikasyon aditif seramik, etap enprime a se jis yon metòd fòmasyon, epi pyès yo sibi menm kalite sinterizasyon ak seramik tradisyonèl yo. Se poutèt sa, mikwoestrikti pyès seramik yo pral trè menm jan ak machinasyon konvansyonèl yo.
Baze sou avansman kontinyèl materyèl ak teknoloji, nou ka di avèk konfyans ke konsèpteur yo pral jwenn plis done. Nouvo materyèl seramik yo pral devlope epi pèsonalize selon bezwen espesifik nan jeni. Pati ki fèt ak seramik AM yo pral konplete pwosesis sètifikasyon an pou itilize nan ayewospasyal. Epi yo pral bay pi bon zouti konsepsyon, tankou lojisyèl modèl amelyore.
Lè konpayi ayewospasyal yo kolabore avèk ekspè teknik LCM yo, yo ka entwodui pwosesis seramik AM anndan konpayi an, sa ki diminye tan, diminye depans, epi kreye opòtinite pou devlopman pwopriyete entelektyèl konpayi an. Avèk previzyon ak planifikasyon alontèm, konpayi ayewospasyal ki envesti nan teknoloji seramik yo ka rekòlte benefis enpòtan nan tout pòtfolyo pwodiksyon yo nan dis pwochen ane yo ak apre.
Lè yo etabli yon patenarya avèk AM Ceramics, manifaktirè ekipman orijinal ayewospasyal yo pral pwodui konpozan ki te inimajinab anvan.
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 pral pale sou difikilte pou kominike avantaj fabrikasyon aditif seramik yo yon fason efikas nan Ceramics Expo nan Cleveland, Ohio, nan dat 1ye septanm 2021.
Malgre ke devlopman sistèm vòl ipèsonik yo te egziste pandan plizyè dizèn ane, li vin tounen pi gwo priyorite defans nasyonal Etazini an kounye a, sa ki mennen domèn sa a nan yon eta kwasans ak chanjman rapid. Kòm yon domèn miltidisiplinè inik, defi a se jwenn ekspè ki gen konpetans nesesè pou ankouraje devlopman li. Sepandan, lè pa gen ase ekspè, sa kreye yon diferans nan inovasyon, tankou mete konsepsyon pou fabrikasyon (DFM) an premye nan faz R&D a, epi answit transfòme an yon diferans nan fabrikasyon lè li twò ta pou fè chanjman ki efikas an tèm de pri.
Alyans yo, tankou nouvo University Alliance for Applied Hypersonics (UCAH) ki fèk etabli a, bay yon anviwònman enpòtan pou kiltive talan ki nesesè pou fè domèn nan avanse. Elèv yo ka travay dirèkteman avèk chèchè inivèsite yo ak pwofesyonèl nan endistri a pou devlope teknoloji epi fè rechèch ipèsonik kritik avanse.
Malgre ke UCAH ak lòt konsòsyòm defans yo te otorize manm yo pou angaje yo nan yon varyete travay nan jeni, plis travay dwe fèt pou kiltive talan divès ak ki gen eksperyans, soti nan konsepsyon rive nan devlopman ak seleksyon materyèl ak atelye fabrikasyon.
Pou bay plis valè dirab nan domèn nan, alyans inivèsite a dwe fè devlopman mendèv la yon priyorite lè li aliyen ak bezwen endistri a, enplike manm yo nan rechèch ki apwopriye pou endistri a, epi envesti nan pwogram nan.
Lè n ap transfòme teknoloji ipèsonik an pwojè fabrikasyon sou gwo echèl, diferans ki genyen ant konpetans travayè nan jeni ak fabrikasyon an se pi gwo defi a. Si premye rechèch yo pa travèse vale lanmò sa a ki byen rele a—diferans ki genyen ant rechèch ak devlopman ak fabrikasyon, epi anpil pwojè anbisye echwe—lè ​​sa a nou pèdi yon solisyon ki aplikab e ki fezab.
Endistri fabrikasyon ameriken an ka akselere vitès sipèsonik la, men risk pou l pran reta se ogmante gwosè fòs travay la pou l koresponn. Se poutèt sa, gouvènman an ak konsòsyòm devlopman inivèsite yo dwe kolabore ak manifaktirè yo pou mete plan sa yo an pratik.
Endistri a te fè eksperyans mank konpetans soti nan atelye fabrikasyon rive nan laboratwa jeni - mank sa yo ap sèlman elaji pandan mache ipèsonik la ap grandi. Teknoloji émergentes yo mande yon fòs travay émergentes pou elaji konesans nan domèn nan.
Travay ipèsonik la kouvri plizyè domèn kle diferan nan divès materyèl ak estrikti, epi chak domèn gen pwòp defi teknik li yo. Yo mande yon wo nivo konesans detaye, epi si ekspètiz ki nesesè a pa egziste, sa ka kreye obstak pou devlopman ak pwodiksyon. Si nou pa gen ase moun pou kenbe travay la, li pral enposib pou nou satisfè demann pou pwodiksyon gwo vitès.
Pa egzanp, nou bezwen moun ki ka konstwi pwodwi final la. UCAH ak lòt konsòsyòm yo esansyèl pou ankouraje fabrikasyon modèn epi asire ke elèv ki enterese nan wòl fabrikasyon an enkli. Atravè efò devlopman mendèv dedye kwa-fonksyonèl, endistri a ap kapab kenbe yon avantaj konpetitif nan plan vòl ipèsonik nan kèk ane kap vini yo.
Lè Depatman Defans lan etabli UCAH, li kreye yon opòtinite pou adopte yon apwòch ki pi konsantre pou konstwi kapasite nan domèn sa a. Tout manm kowalisyon an dwe travay ansanm pou fòme kapasite espesifik elèv yo pou nou ka konstwi epi kenbe momantòm rechèch la epi elaji li pou pwodui rezilta peyi nou an bezwen yo.
NASA Advanced Composites Alliance, ki fèmen kounye a, se yon egzanp yon efò devlopman mendèv ki reyisi. Efikasite li se rezilta konbine travay R&D ak enterè endistri yo, sa ki pèmèt inovasyon elaji nan tout ekosistèm devlopman an. Lidè nan endistri yo te travay dirèkteman ak NASA ak inivèsite sou pwojè pandan de a kat ane. Tout manm yo te devlope konesans ak eksperyans pwofesyonèl, yo te aprann kolabore nan yon anviwònman ki pa konpetitif, epi yo te ankouraje etidyan inivèsite yo pou yo devlope pou yo ede aktè kle nan endistri a nan lavni.
Kalite devlopman mendèv sa a ranpli twou ki genyen nan endistri a epi li bay ti biznis yo opòtinite pou inove rapidman epi divèsifye domèn nan pou reyalize plis kwasans ki fezab pou inisyativ sekirite nasyonal ak sekirite ekonomik Etazini yo.
Alyans inivèsitè yo, tankou UCAH, se byen enpòtan nan domèn ipèsonik ak nan endistri defans lan. Malgre rechèch yo te ankouraje inovasyon émergentes, pi gwo valè yo se kapasite yo pou fòme pwochen jenerasyon mendèv nou an. Kounye a, konsòsyòm nan bezwen bay priyorite a envestisman nan plan sa yo. Lè yo fè sa, yo ka ede ankouraje siksè alontèm inovasyon ipèsonik la.
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.
Konpayi ki fabrike pwodui konplèks ak byen enjenyè (tankou konpozan avyon) yo angaje yo pou yo rive nan pèfeksyon chak fwa. Pa gen plas pou manevwe.
Paske pwodiksyon avyon trè konplèks, manifaktirè yo dwe jere pwosesis kalite a ak anpil atansyon, epi peye anpil atansyon sou chak etap. Sa mande yon konpreyansyon apwofondi sou kijan pou jere epi adapte ak pwoblèm pwodiksyon dinamik, kalite, sekirite ak chèn ekipman an tout pandan y ap satisfè egzijans regilasyon yo.
Paske gen anpil faktè ki afekte livrezon pwodwi ki gen bon kalite, li difisil pou jere lòd pwodiksyon konplèks ki chanje souvan. Pwosesis kalite a dwe dinamik nan tout aspè enspeksyon ak konsepsyon, pwodiksyon ak tès. Gras a estrateji Endistri 4.0 ak solisyon fabrikasyon modèn yo, defi kalite sa yo vin pi fasil pou jere ak simonte.
Tradisyonèlman, pwodiksyon avyon te toujou konsantre sou materyèl yo. Sous pifò pwoblèm kalite yo ka frakti frajil, korozyon, fatig metal, oswa lòt faktè. Sepandan, pwodiksyon avyon jodi a gen ladan teknoloji avanse, trè byen enjenyè ki itilize materyèl rezistan. Kreyasyon pwodwi itilize pwosesis trè espesyalize ak konplèks ak sistèm elektwonik. Solisyon lojisyèl jesyon operasyon jeneral yo ka pa kapab rezoud pwoblèm ki trè konplèks ankò.
Yo ka achte pyès ki pi konplèks nan chèn ekipman mondyal la, kidonk yo dwe pran plis konsiderasyon pou entegre yo pandan tout pwosesis asanblaj la. Ensètitid pote nouvo defi pou vizibilite nan chèn ekipman an ak jesyon kalite. Pou asire kalite anpil pyès ak pwodwi fini, sa mande metòd kalite ki pi bon ak pi entegre.
Endistri 4.0 reprezante devlopman endistri fabrikasyon an, epi yo bezwen de pli zan pli teknoloji avanse pou satisfè egzijans kalite strik yo. Teknoloji sipò yo enkli Entènèt Endistriyèl Objè yo (IIoT), fil dijital, reyalite ogmante (AR), ak analiz prediktif.
Kalite 4.0 dekri yon metòd kalite pwosesis pwodiksyon ki baze sou done ki enplike pwodwi, pwosesis, planifikasyon, konfòmite ak estanda. Li bati sou metòd kalite tradisyonèl yo olye ke ranplase yo, li itilize anpil nan menm nouvo teknoloji ak tokay endistriyèl li yo, tankou aprantisaj otomatik, aparèy konekte, informatique nan nwaj, ak jimo dijital pou transfòme travay òganizasyon an epi elimine posib defo pwodwi oswa pwosesis. Aparisyon Kalite 4.0 espere chanje plis kilti espas travay la lè li ogmante depandans sou done ak yon itilizasyon pi pwofon kalite kòm yon pati nan metòd kreyasyon pwodwi jeneral la.
Kalite 4.0 entegre pwoblèm operasyonèl ak asirans kalite (QA) depi nan kòmansman rive nan etap konsepsyon an. Sa gen ladan kijan pou konsepsyone ak konsepsyon pwodwi yo. Rezilta sondaj ki fèt sou endistri a dènyèman endike ke pifò mache yo pa gen yon pwosesis transfè konsepsyon otomatik. Pwosesis manyèl la kite plas pou erè, kit se yon erè entèn oswa kominikasyon konsepsyon ak chanjman nan chèn ekipman an.
Anplis konsepsyon, Kalite 4.0 itilize tou aprantisaj otomatik santre sou pwosesis pou diminye gaspiyaj, diminye retravay, epi optimize paramèt pwodiksyon yo. Anplis de sa, li rezoud pwoblèm pèfòmans pwodwi apre livrezon, li itilize fidbak sou plas pou mete lojisyèl pwodwi a ajou adistans, kenbe satisfaksyon kliyan, epi finalman asire kliyan yo retounen. Li ap vin tounen yon patnè enseparab pou Endistri 4.0.
Sepandan, kalite pa sèlman aplikab a sèten lyen fabrikasyon. Enklizyon Kalite 4.0 ka enspire yon apwòch kalite konplè nan òganizasyon fabrikasyon yo, sa ki fè pouvwa transfòmasyon done yo vin yon pati entegral nan panse antrepriz la. Konfòmite nan tout nivo òganizasyon an kontribye nan fòmasyon yon kilti kalite jeneral.
Pa gen okenn pwosesis pwodiksyon ki ka fonksyone parfe nan 100% tan. Chanjman nan kondisyon yo deklanche evènman enprevi ki mande remèd. Moun ki gen eksperyans nan kalite konprann ke tout bagay se sou pwosesis pou avanse nan direksyon pèfeksyon. Ki jan ou asire ke kalite enkòpore nan pwosesis la pou detekte pwoblèm yo pi bonè posib? Kisa ou pral fè lè ou jwenn defo a? Èske gen faktè ekstèn ki lakòz pwoblèm sa a? Ki chanjman ou ka fè nan plan enspeksyon an oswa pwosedi tès la pou anpeche pwoblèm sa a rive ankò?
Etabli yon mantalite ke chak pwosesis pwodiksyon gen yon pwosesis kalite ki gen rapò ak youn ak lòt. Imajine yon avni kote gen yon relasyon youn a youn epi mezire kalite a toujou. Kèlkeswa sa k rive o aza, yon kalite pafè ka reyalize. Chak sant travay revize endikatè ak endikatè pèfòmans kle (KPI) chak jou pou idantifye domèn amelyorasyon anvan pwoblèm rive.
Nan sistèm bouk fèmen sa a, chak pwosesis pwodiksyon gen yon entèferans kalite, ki bay fidbak pou sispann pwosesis la, pèmèt pwosesis la kontinye, oswa fè ajisteman an tan reyèl. Sistèm nan pa afekte pa fatig oswa erè imen. Yon sistèm kalite bouk fèmen ki fèt pou pwodiksyon avyon esansyèl pou reyalize pi wo nivo kalite, diminye tan sik yo, epi asire konfòmite avèk estanda AS9100 yo.
Sa gen dizan, lide pou konsantre asirans kalite sou konsepsyon pwodwi, rechèch sou mache, founisè, sèvis pwodwi, oswa lòt faktè ki afekte satisfaksyon kliyan te enposib. Yo konprann konsepsyon pwodwi soti nan yon otorite ki pi wo; kalite se sou egzekite desen sa yo sou liy asanblaj la, kèlkeswa enpèfeksyon yo.
Jodi a, anpil konpayi ap repanse kijan pou yo fè biznis. Jan yo te ye an 2018 la petèt pa posib ankò. De pli zan pli, gen plis manifaktirè k ap vin pi entelijan. Gen plis konesans ki disponib, sa vle di pi bon entèlijans pou konstwi bon pwodwi a depi premye fwa, avèk pi gwo efikasite ak pèfòmans.