Viena iš pagrindinių priežasčių, skatinančių didesnį titano lydinių naudojimą, yra plačiai paplitęs anglies pluošto kompozitų taikymas aviacijos ir kosmoso gamyboje. Titano lydiniai ir anglies pluošto kompozitai puikiai suderinami, ne tik pasižymi dideliu stiprumu ir atsparumu korozijai, bet ir efektyviai sumažina svorį, todėl jie ypač tinka didelio{1}}įtempimo srityse ir svarbiems komponentams, kurie liečiasi su kompozitinėmis medžiagomis. Tačiau šis titano lydinio naudojimo padidėjimas kelia dvigubą iššūkį aviacijos ir kosmoso gamintojams: pirma, titano lydiniai yra didelės vertės metalai, o tradiciniai kalimo procesai lemia itin žemą medžiagų panaudojimą, o iki 80–95 % žaliavų gali būti iššvaistoma apdirbant, o tai yra iššūkis aviacijos ir kosmoso pramonei. Antra, nuolatinis orlaivių eksploatacinių savybių optimizavimas vis labiau priklauso nuo veiksmingesnio ir lengvesnio konstrukcinio dizaino, o tradiciniai gamybos procesai dažnai susiduria su apribojimais, pvz., didelėmis sąnaudomis, ilgu pristatymo laiku arba techniniu neįmanomumu, kai sukuriamos sudėtingos integruotos struktūros. Taigi, ar yra gamybos metodas, kuris vienu metu gali išspręsti neatidėliotiną medžiagų atliekų problemą ir atverti būsimą sudėtingų konstrukcijų projektų potencialą? Aviacijos ir kosmoso gamintojas „Airbus“ atsakė į šiuos klausimus naudodamas jau daugelį metų naudojamą laidų{8}}kreiptinio energijos nusodinimo (w-DED) priedų gamybos technologiją.
Kaip veikia w{0}}DED?
„Airbus“ paaiškina, kad ši technologija naudoja kelių{0}}ašių robotų ranką su titano lydinio vielos rite, kuri juda tiksliai pagal skaitmeninį modelį. Fokusuojant energiją, pavyzdžiui, lazerio, plazmos ar elektronų pluoštus ant vielos, ji akimirksniu ištirpsta ir sluoksnis po sluoksnio nusėda ant pagrindo. Paviršutiniškai procesas panašus į suvirinimą, bet iš tikrųjų jis visiškai valdomas trimačiu modeliu, galinčiu „atspausdinti“ medžiagą iš apačios į viršų į vadinamąją -tuščią dalį. Ši tuščia dalis jau yra labai arti galutinės norimos formos, pasiekusi „beveik-neto-formos būseną“, o norint atitikti tikslius detalės matmenų reikalavimus, reikia tik greito apdailos.
Didelių orlaivių titano lydinio konstrukcinių komponentų potencialo išlaisvinimas
Didelių orlaivių titano lydinio konstrukcinių komponentų potencialo išlaisvinimas
Nors metalo 3D spausdinimo technologija aviacijos ir kosmoso srityje buvo naudojama maždaug dešimtmetį, anksčiau ji daugiausia apsiribojo mažomis dalimis. „Miltelinio sluoksnio“ 3D spausdinimo sistemos paprastai naudojamos gaminant trumpesnes nei 60 centimetrų (apie dvi pėdas) dalis. Priešingai, w-DED technologija leido „Airbus“ įveikti dydžio apribojimus, gamindama didelius titano lydinio konstrukcinius komponentus iki septynių metrų (daugiau nei 23 pėdų) ilgio. Naujasis procesas žada kelių kilogramų medžiagos gamybos greitį per valandą. Tai leidžia pramoninio masto, didelio masto{10}}3D spausdinimo technologijos, skirtos didelių komercinių orlaivių konstrukcijų komponentams, gamyba.
Padedame sumažinti titano žaliavų atliekas
Šiandien, siekiant tvarios ir taupios gamybos, tradiciniai kalimo procesai stengiasi atitikti griežtus aviacijos ir kosmoso gamintojų sąnaudų kontrolės ir efektyvaus išteklių naudojimo reikalavimus. Viena iš pagrindinių priežasčių, kodėl „Airbus“ pristatė DED priedų gamybą, yra nuo pat pradžių išvengti medžiagų švaistymo apdorojimo metu. Taip yra todėl, kad DED priedų gamyboje dalys išauginamos-po-sluoksnio beveik-grynosios-formos būdu, labai panašios į galutinę konstrukcijos formą, todėl vėliau reikia tik minimalaus apdirbimo.
Orlaivių kūrimo judrumo didinimas
Tradiciniai kalimo štampavimo procesai reikalauja didelių, sudėtingų formų gamybos, o tai gali užtrukti iki dvejų metų ir reikalauja didelių išankstinių investicijų. Priešingai, 3D -spausdintų dalių formą visiškai apibrėžia kompiuterinės programos, todėl pristatymo ciklai sutrumpėja iki kelių savaičių. W{4}}DED siūlomas judrumas yra ypač naudingas sklandžiai ir savalaikiam pirmojo prototipo gamybai-, net jei detalūs projektai vis dar tikslinami ir optimizuojami, technologija palaiko greitą fizinių komponentų kartojimą, kol visas orlaivis bus galutinai surinktas.
Pirmasis patvirtinimas A350 gamyboje
„Airbus“ neseniai pradėjo masinę didelių komponentų, pagamintų naudojant w{0}}DED technologiją, integravimą į A350 orlaivio krovininių durų perimetro struktūrą. Šiame tiriamajame etape šios konkrečios dalys, kurias sukūrė „Airbus“, spausdinamos naudojant plazmos w{3}}DED technologiją kvalifikuotų tiekėjų, po to ultragarsu išbandomos Testia Bremen, o galiausiai baigiamos ir surenkamos pačios „Airbus“ gamyklose. Šios dalys funkciniu ir geometriniu požiūriu yra identiškos tradicinėms kaltinėms dalims, kurias jos pakeičia, tačiau sutaupė daug išlaidų. Žvelgiant į ateitį, „Airbus“ planuoja naudoti A350 w{7}}DED komponentus kaip atspirties tašką, kad šią technologiją palaipsniui būtų galima taikyti kitiems projektams ir svarbesnėms orlaivio dalims (ilgalaikėje perspektyvoje, įskaitant sparnus ir važiuoklę).
Sukurta DED
Dar svarbiau, kad ši technologija paskatino naują koncepciją „sukurta DED“. Inžinieriams nebereikia skaidyti sudėtingų komponentų į kelias nepriklausomas dalis, kad būtų galima atskirai gaminti ir surinkti; Vietoj to, jie gali suprojektuoti juos kaip vieną, struktūriškai optimizuotą integruotą komponentą ir išspausdinti vienu kartu. Galimybė integruoti kelias dalis į vieną komponentą veiksmingai supaprastins tiekimo grandinę, sumažins surinkimo etapus ir sutrumpins gamybos ciklus, taip visiškai išnaudodamas naujos-kartos orlaivių, pagrįstų 3D dizaino koncepcijomis, potencialą.
Pagrindinių komponentų taikymo gamyboje skatinimas
Šiuo metu „Airbus“ ir jos partneriai daro didelę pažangą, kaupdami patirtį gaminant pagrindinius komponentus naudojant w-DED (wafer-to-find) technologiją, ir pasiekė vilčių teikiančios pažangos. Inžinieriai išbando įvairius energijos šaltinius, įskaitant plazmą, lankinį suvirinimą, elektronų pluoštus ir lazerio spindulius, ir tuo pačiu metu vertina „užsakomųjų paslaugų“ (spausdinimo sutarčių sudarymo su išorės gamintojais) ir „vidinės gamybos“ (vidinės gamybos) strategijas. Be to, ši technologija bus standartizuota „Airbus Group“ lygiu, kad būtų užtikrintas jos pritaikymas ir reklama visoje įmonėje.
Sistemingas tinkamumo skraidyti logikos tobulinimas
Daugiausiai laiko{0}}atimantis ir sudėtingiausias tinkamumo skraidyti sertifikavimo aspektas yra saugos pripažinimas, tai yra, kaip įrodyti, kad medžiagos yra saugios. Tarptautinė civilinės aviacijos gamybos pramonė sukaupė per ilgametę praktiką. Kai minime tinkamumo skraidyti sertifikavimą, iš tikrųjų turime omenyje orlaivio dalių sertifikavimą, kuris apima tris aspektus: medžiagas, procesus ir dizainą. Priedo gamybos-3D spausdinimo technologija{11}}apima visus tris elementus. Pirma, priedų gamyba yra gamybos procesas. Tuo tarpu norint maksimaliai padidinti šios technologijos vertę, reikia sukurti priedų gamybą. Naujų medžiagų naudojimas priedų gamyboje papildo dar vieną elementą, kurį reikia patikrinti saugos srityje. Todėl saugiausias būdas yra išspręsti šią problemą žingsnis po žingsnio, sumažinant riziką. „Airbus“ požiūris į titano lydinio DED priedų gamybą atspindi „trijų{13}pakopų“ tinkamumo skraidyti logiką, aptartą anksčiau pateiktame interviu. Pirmiausia, pradedant antrinėmis apkrovą{15}}nešančiomis konstrukcijomis, tokiomis kaip A350 krovininės durys, buvo patikrintas paties w-DED proceso patikimumas, išlaikant nepakitusias medžiagas ir dizainą. Tada jis palaipsniui buvo išplėstas į pirmines apkrovą{20}}nešančias konstrukcijas, skatinant optimizavimą, „sukurtą DED“. Šiuo metu pagrindinis dėmesys skiriamas tradicinių medžiagų potencialo išlaisvinimui naudojant naujus procesus, o ne tuo pačiu metu iššūkiams visiškai naujiems medžiagų, procesų ir dizaino keliams. Šis laipsniškas,{21}}rizika kontroliuojamas metodas ne tik atspindi būtiną industrializacijos ritmą, bet ir atskleidžia aviacijos ir kosmoso priedų gamybos esmę,{23}tai ne tik technologinės naujovės, bet ir sistemingas „pasitikėjimo kūrimo“ projektas. Kaip paversti technologines naujoves patikima verte, kurią būtų galima sertifikuoti ir masiškai gaminti laikantis tinkamumo skraidyti, ir pagrindinio laiko, rizikos stratifikacijos ir tikrinimo logikos, gali būti verta daugiau dėmesio pramonės šakai nei konkrečios techninės detalės.