Ένας βασικός παράγοντας πίσω από την αυξημένη χρήση κραμάτων τιτανίου είναι η ευρεία εφαρμογή σύνθετων ανθρακονημάτων στην αεροδιαστημική κατασκευή. Τα κράματα τιτανίου και τα σύνθετα υλικά από ανθρακονήματα παρουσιάζουν εξαιρετική συμβατότητα, προσφέροντας όχι μόνο υψηλή αντοχή και αντοχή στη διάβρωση, αλλά και αποτελεσματική μείωση βάρους, καθιστώντας τα ιδιαίτερα κατάλληλα για περιοχές υψηλής-καταπόνησης και κρίσιμα εξαρτήματα σε επαφή με σύνθετα υλικά. Ωστόσο, αυτή η αύξηση της χρήσης κράματος τιτανίου αποτελεί μια διπλή πρόκληση για τους κατασκευαστές αεροδιαστημικής: πρώτον, τα κράματα τιτανίου είναι μέταλλα υψηλής αξίας{{3} και οι παραδοσιακές διαδικασίες σφυρηλάτησης έχουν ως αποτέλεσμα εξαιρετικά χαμηλή χρήση υλικών, με έως και 80% έως 95% των πρώτων υλών να σπαταλώνται δυνητικά κατά τη διάρκεια της μηχανικής κατεργασίας, θέτοντας μια πρόκληση για την αειφόρο βιομηχανία και την αεροπορία. ανάπτυξη. Δεύτερον, η συνεχής βελτιστοποίηση της απόδοσης του αεροσκάφους βασίζεται ολοένα και περισσότερο σε πιο αποτελεσματικό και ελαφρύ δομικό σχεδιασμό, ενώ οι παραδοσιακές διαδικασίες κατασκευής αντιμετωπίζουν συχνά περιορισμούς όπως υψηλό κόστος, μεγάλους χρόνους παράδοσης ή τεχνική αδυναμία κατά την επίτευξη σύνθετων ολοκληρωμένων δομών. Άρα, υπάρχει κάποια μέθοδος κατασκευής που μπορεί ταυτόχρονα να αντιμετωπίσει το επείγον ζήτημα των απορριμμάτων υλικών και να ξεκλειδώσει τις μελλοντικές δυνατότητες σύνθετων δομικών σχεδίων; Η Airbus, ένας κατασκευαστής αεροδιαστημικής, έχει απαντήσει σε αυτά τα ερωτήματα με την τεχνολογία κατασκευής πρόσθετων με σύρμα-κατευθυνόμενη εναπόθεση ενέργειας (w-DED), την οποία εφαρμόζει εδώ και πολλά χρόνια.
Πώς λειτουργεί το w-DED;
Η Airbus εξηγεί ότι η τεχνολογία χρησιμοποιεί έναν ρομποτικό βραχίονα πολλαπλών{0}αξόνων εξοπλισμένο με συρμάτινο καρούλι από κράμα τιτανίου, το οποίο κινείται ακριβώς σύμφωνα με ένα ψηφιακό μοντέλο. Με την εστίαση ενέργειας όπως δέσμες λέιζερ, πλάσματος ή ηλεκτρονίων πάνω στο σύρμα, τήκεται αμέσως και εναποτίθεται στρώμα-στρώμα σε ένα υπόστρωμα. Επιφανειακά, η διαδικασία μοιάζει με συγκόλληση, αλλά στην πραγματικότητα ελέγχεται εξ ολοκλήρου από ένα τρισδιάστατο μοντέλο, ικανό να "εκτυπώσει" το υλικό από κάτω προς τα πάνω σε ένα λεγόμενο-«κενό μέρος». Αυτό το κενό μέρος είναι ήδη πολύ κοντά στο τελικό επιθυμητό σχήμα, επιτυγχάνοντας μια κατάσταση "σχεδόν-καθαρού-σχήματος" και απαιτείται μόνο γρήγορο φινίρισμα για την κάλυψη των ακριβών απαιτήσεων διαστάσεων του εξαρτήματος.
Ξεκλείδωμα του δυναμικού των δομικών εξαρτημάτων από κράμα τιτανίου μεγάλων αεροσκαφών
Ξεκλείδωμα του δυναμικού των δομικών εξαρτημάτων από κράμα τιτανίου μεγάλων αεροσκαφών
Ενώ η τεχνολογία μεταλλικής τρισδιάστατης εκτύπωσης έχει χρησιμοποιηθεί στον αεροδιαστημικό τομέα για περίπου μια δεκαετία, προηγουμένως περιοριζόταν κυρίως σε μικρά εξαρτήματα. Τα συστήματα τρισδιάστατης εκτύπωσης "κρεβάτι πούδρας" χρησιμοποιούνται συνήθως για την κατασκευή εξαρτημάτων μικρότερα από 60 εκατοστά (περίπου δύο πόδια). Αντίθετα, η τεχνολογία w-DED επέτρεψε στην Airbus να ξεπεράσει τους περιορισμούς μεγέθους, παράγοντας μεγάλα δομικά στοιχεία από κράμα τιτανίου μήκους έως και επτά μέτρων (πάνω από 23 πόδια). Η νέα διαδικασία υπόσχεται ταχύτητες παραγωγής πολλών κιλών υλικού την ώρα. Αυτό καθιστά δυνατή την παραγωγή βιομηχανικής-μεγάλης κλίμακας-τεχνολογίας τρισδιάστατης εκτύπωσης για δομικά στοιχεία μεγάλων εμπορικών αεροσκαφών.
Βοηθώντας στη μείωση των απορριμμάτων πρώτων υλών τιτανίου
Στη σημερινή επιδίωξη της βιώσιμης και λιτής κατασκευής, οι παραδοσιακές διαδικασίες σφυρηλάτησης αγωνίζονται να ανταποκριθούν στις αυστηρές απαιτήσεις ελέγχου κόστους και απόδοσης πόρων των κατασκευαστών αεροδιαστημικής. Ένας βασικός λόγος για τον οποίο η Airbus εισήγαγε την κατασκευή προσθέτων DED είναι να αποφύγει εξαρχής τη σπατάλη υλικών κατά την επεξεργασία. Αυτό συμβαίνει επειδή, στην κατασκευή πρόσθετων DED, τα εξαρτήματα αναπτύσσονται στρώμα προς στρώση με σχεδόν-δίχτυ-σχήμα, που μοιάζει πολύ με το τελικό σχήμα σχεδίασης, απαιτώντας μόνο ελάχιστη μετέπειτα κατεργασία.
Βελτίωση της ευελιξίας ανάπτυξης αεροσκαφών
Οι παραδοσιακές διαδικασίες σφυρηλάτησης καλουπιών απαιτούν την κατασκευή μεγάλων, πολύπλοκων καλουπιών, μια διαδικασία που μπορεί να διαρκέσει έως και δύο χρόνια και απαιτεί σημαντική αρχική επένδυση. Αντίθετα, το σχήμα των τρισδιάστατων-εκτυπωμένων εξαρτημάτων καθορίζεται εξ ολοκλήρου από προγράμματα υπολογιστών, μειώνοντας τους κύκλους παράδοσης σε λίγες μόνο εβδομάδες. Η ευελιξία που προσφέρει η w-DED είναι ιδιαίτερα επωφελής για την ομαλή και έγκαιρη κατασκευή του πρώτου πρωτοτύπου-ακόμη και ενώ τα λεπτομερή σχέδια εξακολουθούν να-συντονίζονται και βελτιστοποιούνται, η τεχνολογία υποστηρίζει ταχεία επανάληψη φυσικών εξαρτημάτων έως ότου ολόκληρο το αεροσκάφος εισέλθει στην τελική συναρμολόγηση.
Πρώτη επικύρωση στην παραγωγή A350
Η Airbus ξεκίνησε πρόσφατα τη μαζική παραγωγή ενσωμάτωσης μεγάλων εξαρτημάτων που κατασκευάζονται με χρήση τεχνολογίας w-DED στην περιμετρική δομή της πόρτας φορτίου του αεροσκάφους A350. Σε αυτήν τη φάση διερεύνησης, αυτά τα συγκεκριμένα εξαρτήματα, που σχεδιάστηκαν από την Airbus, εκτυπώνονται με χρήση τεχνολογίας plasma w-DED από ειδικευμένους προμηθευτές, στη συνέχεια ελέγχονται με υπερήχους από την Testia Bremen και τελικά τελειώνουν και συναρμολογούνται στα εργοστάσια της Airbus. Αυτά τα εξαρτήματα είναι λειτουργικά και γεωμετρικά πανομοιότυπα με τα παραδοσιακά σφυρήλατα εξαρτήματα που αντικαθιστούν, αλλά έχουν επιτύχει σημαντική εξοικονόμηση κόστους. Κοιτάζοντας το μέλλον, η Airbus σχεδιάζει να χρησιμοποιήσει τα εξαρτήματα w-DED του A350 ως σημείο εκκίνησης για να επεκτείνει σταδιακά αυτήν την τεχνολογία σε άλλα έργα και πιο κρίσιμα μέρη του αεροσκάφους (μακροπρόθεσμα, συμπεριλαμβανομένων των πτερυγίων και του εξοπλισμού προσγείωσης).
Σχεδιασμένο για DED
Το πιο σημαντικό, αυτή η τεχνολογία οδήγησε στη νέα έννοια του "σχεδιασμένου για DED". Οι μηχανικοί δεν χρειάζεται πλέον να διασπούν σύνθετα εξαρτήματα σε πολλαπλά ανεξάρτητα μέρη για χωριστή κατασκευή και συναρμολόγηση. Αντίθετα, μπορούν να τα σχεδιάσουν ως ένα ενιαίο, δομικά βελτιστοποιημένο ενσωματωμένο στοιχείο και να τα εκτυπώσουν με μία κίνηση. Αυτή η ικανότητα ενσωμάτωσης πολλαπλών εξαρτημάτων σε ένα μόνο εξάρτημα θα απλοποιήσει αποτελεσματικά την αλυσίδα εφοδιασμού, θα μειώσει τα βήματα συναρμολόγησης και θα συντομεύσει τους κύκλους παραγωγής, αξιοποιώντας έτσι πλήρως τις δυνατότητες των αεροσκαφών επόμενης- γενιάς που βασίζονται σε ιδέες τρισδιάστατου σχεδιασμού.
Προώθηση της Κατασκευαστικής Εφαρμογής Βασικών Συστατικών
Επί του παρόντος, η Airbus και οι συνεργάτες της κάνουν μεγάλα βήματα στη συσσώρευση εμπειρίας στην κατασκευή βασικών εξαρτημάτων χρησιμοποιώντας τεχνολογία w-DED (wafer-για-εύρεση) και έχουν επιτύχει ενθαρρυντική πρόοδο. Οι μηχανικοί δοκιμάζουν διάφορες πηγές ενέργειας, όπως το πλάσμα, τη συγκόλληση τόξου, τις δέσμες ηλεκτρονίων και τις δέσμες λέιζερ, και ταυτόχρονα αξιολογούν στρατηγικές "εξωτερικής ανάθεσης" (σύμβαση εκτύπωσης σε εξωτερικούς κατασκευαστές) και "εσωτερικής κατασκευής" (εσωτερικής παραγωγής). Επιπλέον, αυτή η τεχνολογία θα τυποποιηθεί σε επίπεδο Ομίλου Airbus για να διασφαλιστεί η εφαρμογή και η προώθησή της σε όλη την εταιρεία.
Συστηματική Προώθηση της Λογικής της Αξιοπλοΐας
Η πιο χρονοβόρα-και προκλητική πτυχή της πιστοποίησης αξιοπλοΐας είναι η αναγνώριση της ασφάλειας, δηλαδή ο τρόπος απόδειξης ότι τα υλικά είναι ασφαλή. Η διεθνής βιομηχανία της πολιτικής αεροπορίας έχει συσσωρεύσει εμπειρία επί πολλά χρόνια πρακτικής. Όταν αναφέρουμε την πιστοποίηση αξιοπλοΐας, στην πραγματικότητα αναφερόμαστε στην πιστοποίηση των εξαρτημάτων του αεροσκάφους, η οποία περιλαμβάνει τρεις πτυχές: υλικά, διαδικασίες και σχεδιασμός. Η κατασκευή πρόσθετων-τεχνολογίας τρισδιάστατης εκτύπωσης-περιλαμβάνει και τα τρία στοιχεία. Πρώτον, η παραγωγή προσθέτων είναι μια διαδικασία παραγωγής. Εν τω μεταξύ, η μεγιστοποίηση της αξίας αυτής της τεχνολογίας απαιτεί σχεδιασμό για την κατασκευή προσθέτων. Η χρήση νέων υλικών στην κατασκευή πρόσθετων εξαρτημάτων προσθέτει ένα άλλο στοιχείο που απαιτεί επαλήθευση ασφάλειας. Επομένως, η ασφαλέστερη προσέγγιση είναι να λυθεί αυτό το πρόβλημα βήμα προς βήμα, ελαχιστοποιώντας τους κινδύνους. Η προσέγγιση της Airbus για την κατασκευή πρόσθετων DED από κράμα τιτανίου αντικατοπτρίζει τη λογική αξιοπλοΐας των «τριών{13}}βημάτων που συζητήθηκε στην παραπάνω συνέντευξη. Αρχικά, ξεκινώντας με δευτερεύουσες κατασκευές που φέρουν{15}}όπως πόρτες φορτίου A350, επαληθεύτηκε η αξιοπιστία της ίδιας της διαδικασίας w-DED διατηρώντας αμετάβλητα υλικά και σχεδιασμό. Στη συνέχεια, επεκτάθηκε σταδιακά σε δομές που φέρουν κύριο φορτίο{20}, προωθώντας τη βελτιστοποίηση "σχεδιασμένη για DED". Επί του παρόντος, η εστίαση είναι στο ξεκλείδωμα των δυνατοτήτων των παραδοσιακών υλικών με νέες διαδικασίες, αντί να προκληθούν ταυτόχρονα εντελώς νέα μονοπάτια σε υλικά, διαδικασίες και σχεδιασμό. Αυτή η σταδιακά,{21}}ελεγχόμενη προσέγγιση κινδύνου όχι μόνο αντικατοπτρίζει τον απαραίτητο ρυθμό στην εκβιομηχάνιση, αλλά αποκαλύπτει επίσης την ουσία της κατασκευής προσθέτων αεροδιαστημικής-δεν είναι απλώς τεχνολογική καινοτομία αλλά και ένα συστηματικό έργο "οικοδόμησης εμπιστοσύνης". Ο τρόπος μετατροπής της τεχνολογικής καινοτομίας σε αξιόπιστη αξία που μπορεί να πιστοποιηθεί και να παραχθεί μαζικά στο πλαίσιο της αξιοπλοΐας, και η υποκείμενη λογική χρονισμού, διαστρωμάτωσης κινδύνου και επαλήθευσης, μπορεί να αξίζει περισσότερο τη βαθιά προσοχή του κλάδου παρά συγκεκριμένες τεχνικές λεπτομέρειες.