Samkvæmt SmarTech, framleiðslutækniráðgjafafyrirtæki, er flug- og geimferðaiðnaður næststærsti iðnaðurinn með aukefnaframleiðslu (AM), næst á eftir læknisfræði.Hins vegar er enn skortur á meðvitund um möguleika á viðbótarframleiðslu á keramikefnum í hraðri framleiðslu á flugvélaíhlutum, auknum sveigjanleika og hagkvæmni.AM getur framleitt sterkari og léttari keramikhluta hraðar og sjálfbærari - minnkar launakostnað, lágmarkar handvirka samsetningu og bætir skilvirkni og afköst með hönnun sem þróuð er með líkanagerð og dregur þannig úr þyngd flugvélarinnar.Að auki veitir aukefnaframleiðsla keramiktækni víddarstýringu fullunna hluta fyrir eiginleika sem eru minni en 100 míkron.
Hins vegar getur orðið keramik töfrað fram misskilninginn um stökkleika.Reyndar framleiðir keramik sem framleitt er af aukefnum léttari, fínni hluta með miklum burðarstyrk, hörku og viðnám gegn breitt hitastig.Framsýn fyrirtæki eru að snúa sér að keramikframleiðsluíhlutum, þar á meðal stútum og skrúfum, rafmagns einangrunartækjum og hverflablöðum.
Til dæmis hefur hárhreint súrál mikla hörku og hefur sterka tæringarþol og hitastig.Íhlutir úr súráli eru einnig rafeinangraðir við háan hita sem algengur er í geimferðakerfum.
Zirconia-undirstaða keramik getur mætt mörgum forritum með miklar efniskröfur og mikla vélrænni álagi, svo sem hágæða málmmótun, lokar og legur.Kísilnítríð keramik hefur mikinn styrk, mikla seigleika og framúrskarandi hitaáfallsþol, auk góðs efnaþols gegn tæringu á ýmsum sýrum, basum og bráðnum málmum.Kísilnítríð er notað fyrir einangrunartæki, hjól og háhita lág-dielektrísk loftnet.
Samsett keramik gefur nokkra eftirsóknarverða eiginleika.Kísil-undirstaða keramik sem bætt er við súrál og sirkon hefur reynst vel við framleiðslu á einkristalla steypu fyrir hverflablöð.Þetta er vegna þess að keramikkjarninn úr þessu efni hefur mjög litla hitaþenslu upp að 1.500°C, mikla gropleika, framúrskarandi yfirborðsgæði og góða útskolun.Prentun þessara kjarna getur framleitt hverflahönnun sem þolir hærra rekstrarhitastig og aukið skilvirkni vélarinnar.
Það er vel þekkt að sprautumótun eða vinnsla á keramik er mjög erfið og vinnsla veitir takmarkaðan aðgang að íhlutunum sem verið er að framleiða.Eiginleikar eins og þunnir veggir eru líka erfiðir í vél.
Hins vegar notar Lithoz steinþrykk-undirstaða keramikframleiðslu (LCM) til að framleiða nákvæma, flókna 3D keramikhluta.
Frá og með CAD líkaninu eru nákvæmar forskriftir fluttar stafrænt í þrívíddarprentarann.Settu síðan nákvæmlega samsetta keramikduftið ofan á gagnsæja karið.Færanlegi byggingarpallinn er sökkt í leðjuna og síðan valinn í snertingu við sýnilegt ljós að neðan.Lagamyndin er búin til með stafrænu örspeglunartæki (DMD) ásamt vörpukerfi.Með því að endurtaka þetta ferli er hægt að búa til þrívíðan grænan hluta lag fyrir lag.Eftir varma eftirmeðferð er bindiefnið fjarlægt og grænu hlutarnir eru hertir-samsettir með sérstöku upphitunarferli - til að framleiða alveg þéttan keramikhluta með framúrskarandi vélrænni eiginleika og yfirborðsgæði.
LCM tækni veitir nýstárlegt, hagkvæmt og hraðvirkara ferli fyrir fjárfestingarsteypu á íhlutum túrbínuvéla, framhjá dýrri og erfiðu moldframleiðslu sem þarf til að sprauta mótun og glataða vaxsteypu.
LCM getur einnig náð hönnun sem ekki er hægt að ná með öðrum aðferðum, á sama tíma og mun minna hráefni er notað en aðrar aðferðir.
Þrátt fyrir mikla möguleika keramikefna og LCM tækni er enn bil á milli AM frumbúnaðarframleiðenda (OEM) og flughönnuða.
Ein ástæðan getur verið viðnám gegn nýjum framleiðsluaðferðum í iðnaði með sérstaklega ströngum öryggis- og gæðakröfum.Flugvélaframleiðsla krefst margra sannprófunar- og hæfisferla, auk ítarlegra og strangra prófana.
Önnur hindrun felur í sér þá trú að þrívíddarprentun henti fyrst og fremst aðeins fyrir hraða frumgerð í eitt skipti, frekar en allt sem hægt er að nota í loftinu.Aftur er þetta misskilningur og sannað hefur verið að þrívíddarprentaðir keramikhlutar séu notaðir í fjöldaframleiðslu.
Sem dæmi má nefna framleiðslu á túrbínublöðum, þar sem AM keramikferlið framleiðir einkristalla (SX) kjarna, sem og stefnustorknun (DS) og equiaxed steypu (EX) túrbínublöð úr ofurblendi.Kjarna með flóknum greinarbyggingum, mörgum veggjum og aftari brúnum minna en 200μm er hægt að framleiða fljótt og hagkvæmt og lokahlutirnir hafa stöðuga víddarnákvæmni og framúrskarandi yfirborðsáferð.
Með því að auka samskipti geta komið saman flughönnuðir og AM OEM og treyst keramikíhlutum sem framleiddir eru með LCM og annarri tækni að fullu.Tækni og sérfræðiþekking er til.Það þarf að breyta hugsunarhætti frá AM fyrir R&D og frumgerð og líta á það sem leiðina fram á við fyrir stórfellda viðskiptalega umsókn.
Auk menntunar geta geimferðafyrirtæki einnig fjárfest tíma í starfsfólki, verkfræði og prófunum.Framleiðendur verða að þekkja mismunandi staðla og aðferðir við mat á keramik, ekki málma.Til dæmis eru tveir helstu ASTM staðlar Lithoz fyrir burðarkeramik ASTM C1161 fyrir styrkleikaprófun og ASTM C1421 fyrir hörkuprófun.Þessir staðlar eiga við um keramik sem framleitt er með öllum aðferðum.Við framleiðslu á keramikbætiefni er prentunarskrefið aðeins myndunaraðferð og hlutarnir gangast undir sömu tegund af sintrun og hefðbundið keramik.Þess vegna mun örbygging keramikhluta vera mjög svipuð hefðbundinni vinnslu.
Byggt á stöðugum framförum í efnum og tækni getum við sagt að hönnuðir muni fá meiri gögn.Ný keramikefni verða þróuð og sérsniðin í samræmi við sérstakar verkfræðilegar þarfir.Hlutar úr AM keramik munu ljúka vottunarferlinu til notkunar í geimferðum.Og mun veita betri hönnunarverkfæri, svo sem bættan líkanahugbúnað.
Með því að vinna með tæknisérfræðingum LCM geta geimferðafyrirtæki kynnt AM keramikferla innbyrðis - stytt tíma, lækka kostnað og skapa tækifæri til að þróa eigin hugverk fyrirtækisins.Með framsýni og langtímaáætlanagerð geta fluggeimsfyrirtæki sem fjárfesta í keramiktækni uppskera verulegan ávinning í öllu framleiðslusafni sínu á næstu tíu árum og lengur.
Með því að stofna til samstarfs við AM Ceramics munu framleiðendur frumbúnaðar í geimferðum framleiða íhluti sem áður var óhugsandi.
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 mun tala um erfiðleikana við að miðla á áhrifaríkan hátt kosti keramikaukefnaframleiðslu á Keramiksýningunni í Cleveland, Ohio 1. september 2021.
Þrátt fyrir að þróun háhljóðsflugkerfa hafi verið til staðar í áratugi er hún nú orðin forgangsverkefni bandarískra landvarna, sem færir þessu sviði í örum vexti og breytingum.Sem einstakt þverfaglegt svið er áskorunin að finna sérfræðinga með nauðsynlega færni til að stuðla að þróun þess.Hins vegar, þegar það eru ekki nógu margir sérfræðingar, skapar það nýsköpunargjá, eins og að setja hönnun fyrir framleiðslugetu (DFM) fyrst í R&D áfanga, og breytast síðan í framleiðslugjá þegar það er of seint að gera hagkvæmar breytingar.
Bandalög, eins og nýstofnað háskólabandalag fyrir hagnýta hápersóna (UCAH), veita mikilvægt umhverfi til að rækta þá hæfileika sem þarf til að efla sviðið.Nemendur geta unnið beint með háskólarannsakendum og fagfólki í iðnaði til að þróa tækni og efla mikilvægar háhljóðrannsóknir.
Þrátt fyrir að UCAH og önnur varnarsamtök hafi heimilað meðlimum að taka þátt í margvíslegum verkfræðistörfum, verður að vinna meira til að rækta fjölbreytta og reynda hæfileika, allt frá hönnun til efnisþróunar og val til framleiðsluverkstæðna.
Til þess að veita varanlegra verðmæti á þessu sviði verður háskólabandalagið að setja þróun vinnuafls í forgang með því að samræma þarfir iðnaðarins, taka þátt í rannsóknum sem henta iðnaðinum og fjárfesta í áætluninni.
Þegar háhljóðtækni er umbreytt í stórframleiðanleg verkefni, er núverandi verkfræði- og framleiðslugetubil stærsta áskorunin.Ef snemma rannsóknir fara ekki yfir þennan réttnefnda dal dauðans – bilið á milli rannsókna og þróunar og framleiðslu, og mörg metnaðarfull verkefni hafa mistekist – þá höfum við tapað viðeigandi og framkvæmanlegri lausn.
Bandaríski framleiðsluiðnaðurinn getur flýtt fyrir hljóðhraðanum, en hættan á að lenda á eftir er sú að stækka stærð vinnuaflsins til að passa.Þess vegna verða stjórnvöld og þróunarsamvinnufélög háskóla að vinna með framleiðendum til að koma þessum áformum í framkvæmd.
Iðnaðurinn hefur upplifað hæfileikabil frá framleiðsluverkstæðum til verkfræðirannsóknastofa - þessi bil munu aðeins stækka eftir því sem háhljóðmarkaðurinn stækkar.Ný tækni krefst vaxandi vinnuafls til að auka þekkingu á þessu sviði.
Hypersonic vinna spannar nokkur mismunandi lykilsvið ýmissa efna og mannvirkja og hvert svæði hefur sitt eigið sett af tæknilegum áskorunum.Þeir krefjast mikillar nákvæmrar þekkingar og ef tilskilin sérfræðiþekking er ekki til staðar getur það skapað hindranir í vegi fyrir þróun og framleiðslu.Ef við höfum ekki nóg af fólki til að halda starfinu uppi verður ómögulegt að halda í við eftirspurn eftir háhraðaframleiðslu.
Við þurfum til dæmis fólk sem getur smíðað endanlega vöru.UCAH og önnur samtök eru nauðsynleg til að efla nútíma framleiðslu og tryggja að nemendur sem hafa áhuga á hlutverki framleiðslu séu með.Með þverfræðilegri sérhæfðri þróun vinnuafls mun iðnaðurinn geta viðhaldið samkeppnisforskoti í háhljóðflugsáætlunum á næstu árum.
Með stofnun UCAH skapar varnarmálaráðuneytið tækifæri til að taka upp markvissari nálgun við að byggja upp getu á þessu sviði.Allir samfylkingarmenn verða að vinna saman að því að þjálfa sesshæfileika nemenda þannig að við getum byggt upp og viðhaldið krafti rannsókna og aukið þær til að skila þeim árangri sem landið okkar þarfnast.
Hið lokaða NASA Advanced Composites Alliance er dæmi um árangursríkt vinnuaflsþróunarstarf.Skilvirkni þess er afleiðing þess að sameina rannsóknar- og þróunarvinnu við hagsmuni iðnaðarins, sem gerir nýsköpun kleift að stækka um allt þróunarvistkerfi.Leiðtogar iðnaðarins hafa unnið beint með NASA og háskólum að verkefnum í tvö til fjögur ár.Allir meðlimir hafa þróað faglega þekkingu og reynslu, lært að vinna í samkeppnislausu umhverfi og hlúið að háskólanemendum til að þróast til að hlúa að lykilaðilum í atvinnulífinu í framtíðinni.
Þessi tegund vinnuaflsþróunar fyllir eyður í greininni og veitir litlum fyrirtækjum tækifæri til nýsköpunar fljótt og auka fjölbreytni á sviðinu til að ná fram frekari vexti sem stuðlar að þjóðaröryggi og efnahagsöryggi Bandaríkjanna.
Háskólabandalög þar á meðal UCAH eru mikilvægar eignir á háhljóðsviði og varnariðnaði.Þrátt fyrir að rannsóknir þeirra hafi ýtt undir nýjar nýjungar, liggur mesta gildi þeirra í hæfni þeirra til að þjálfa næstu kynslóð vinnuafls okkar.Samtökin þurfa nú að forgangsraða fjárfestingum í slíkum áformum.Með því geta þeir hjálpað til við að stuðla að langtíma velgengni háhljóðs nýsköpunar.
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.
Framleiðendur flókinna, mjög hannaðra vara (eins og flugvélaíhluta) eru staðráðnir í fullkomnun í hvert skipti.Það er ekkert svigrúm.
Vegna þess að flugvélaframleiðsla er afar flókin verða framleiðendur að stjórna gæðaferlinu vandlega og leggja mikla áherslu á hvert skref.Þetta krefst ítarlegrar skilnings á því hvernig eigi að stjórna og laga sig að kraftmiklum framleiðslu-, gæða-, öryggis- og birgðakeðjuvandamálum á sama tíma og reglurnar eru uppfylltar.
Vegna þess að margir þættir hafa áhrif á afhendingu hágæða vara er erfitt að stjórna flóknum og breytilegum framleiðslupöntunum.Gæðaferlið verður að vera kraftmikið í öllum þáttum skoðunar og hönnunar, framleiðslu og prófunar.Þökk sé Industry 4.0 aðferðum og nútíma framleiðslulausnum hafa þessar gæðaáskoranir orðið auðveldari að stjórna og sigrast á.
Hefðbundin áhersla flugvélaframleiðslu hefur alltaf verið á efni.Uppspretta flestra gæðavandamála getur verið brothætt beinbrot, tæring, málmþreyta eða aðrir þættir.Hins vegar felur flugvélaframleiðsla í dag í sér háþróaða, háþróaða tækni sem notar þola efni.Vörusköpun notar mjög sérhæfða og flókna ferla og rafræn kerfi.Hugbúnaðarlausnir fyrir almennar rekstrarstjórnun geta ekki lengur leyst mjög flókin vandamál.
Hægt er að kaupa flóknari hluta úr alheimsbirgðakeðjunni, þannig að huga þarf betur að því að samþætta þá í öllu samsetningarferlinu.Óvissa hefur í för með sér nýjar áskoranir varðandi sýnileika aðfangakeðjunnar og gæðastjórnun.Til að tryggja gæði svo margra hluta og fullunnar vara þarf betri og samþættari gæðaaðferðir.
Industry 4.0 táknar þróun framleiðsluiðnaðarins og þarf sífellt fullkomnari tækni til að uppfylla strangar gæðakröfur.Stuðningstækni felur í sér Industrial Internet of Things (IIoT), stafrænar þræðir, aukinn veruleika (AR) og forspárgreiningar.
Gæði 4.0 lýsir gagnadrifinni gæðaaðferð í framleiðsluferli sem felur í sér vörur, ferla, áætlanagerð, samræmi og staðla.Það er byggt á frekar en að koma í stað hefðbundinna gæðaaðferða, með því að nota marga af sömu nýju tækninni og hliðstæða iðnaðarins, þar á meðal vélanám, tengd tæki, tölvuský og stafrænar tvíburar til að umbreyta vinnuflæði fyrirtækisins og útrýma mögulegum göllum í vörum eða ferlum.Gert er ráð fyrir að tilkoma Quality 4.0 muni breyta vinnustaðamenningunni enn frekar með því að auka traust á gögnum og dýpri notkun á gæðum sem hluta af heildarvöruframleiðsluaðferðinni.
Quality 4.0 samþættir rekstrar- og gæðatryggingarmál (QA) frá upphafi til hönnunarstigs.Þetta felur í sér hvernig á að hugmynda og hanna vörur.Nýlegar niðurstöður iðnaðarkönnunar benda til þess að flestir markaðir séu ekki með sjálfvirkt hönnunarflutningsferli.Handvirka ferlið gefur pláss fyrir villur, hvort sem það er innri villa eða miðlun hönnunar og breytingar á aðfangakeðjunni.
Auk hönnunar notar Quality 4.0 einnig ferlimiðaða vélanám til að draga úr sóun, draga úr endurvinnslu og hámarka framleiðslubreytur.Að auki leysir það einnig frammistöðuvandamál vöru eftir afhendingu, notar endurgjöf á staðnum til að fjaruppfæra vöruhugbúnað, viðheldur ánægju viðskiptavina og tryggir að lokum endurtekin viðskipti.Það er að verða óaðskiljanlegur samstarfsaðili Industry 4.0.
Hins vegar eiga gæði ekki aðeins við um valda framleiðslutengla.Innifalið gæði 4.0 getur innrætt alhliða gæðanálgun í framleiðslufyrirtækjum, sem gerir umbreytandi kraft gagna að órjúfanlegum hluta af hugsun fyrirtækja.Fylgni á öllum stigum stofnunarinnar stuðlar að myndun heildar gæðamenningu.
Ekkert framleiðsluferli getur keyrt fullkomlega á 100% tímans.Breyttar aðstæður kalla fram ófyrirséða atburði sem krefjast lagfæringa.Þeir sem hafa reynslu af gæðum skilja að þetta snýst allt um ferlið við að komast í átt að fullkomnun.Hvernig tryggir þú að gæði séu tekin inn í ferlið til að greina vandamál eins fljótt og auðið er?Hvað gerirðu þegar þú finnur gallann?Eru einhverjir utanaðkomandi þættir sem valda þessu vandamáli?Hvaða breytingar geturðu gert á skoðunaráætluninni eða prófunaraðferðinni til að koma í veg fyrir að þetta vandamál endurtaki sig?
Komdu á því hugarfari að hvert framleiðsluferli hafi tengt og tengt gæðaferli.Ímyndaðu þér framtíð þar sem það er einstaklingssamband og stöðugt að mæla gæði.Sama hvað gerist af handahófi er hægt að ná fullkomnum gæðum.Hver vinnustöð fer yfir vísbendingar og lykilframmistöðuvísa (KPIs) daglega til að bera kennsl á svæði til úrbóta áður en vandamál koma upp.
Í þessu lokaða lykkjukerfi hefur hvert framleiðsluferli gæðaályktun, sem veitir endurgjöf til að stöðva ferlið, leyfa ferlinu að halda áfram eða gera rauntímaleiðréttingar.Kerfið verður ekki fyrir áhrifum af þreytu eða mannlegum mistökum.Gæðakerfi með lokuðu lykkju sem er hannað fyrir framleiðslu flugvéla er nauðsynlegt til að ná hærra gæðastigi, stytta lotutíma og tryggja samræmi við AS9100 staðla.
Fyrir tíu árum síðan var hugmyndin um að einbeita QA að vöruhönnun, markaðsrannsóknum, birgjum, vöruþjónustu eða öðrum þáttum sem hafa áhrif á ánægju viðskiptavina ómöguleg.Skilst er að vöruhönnun komi frá æðra yfirvaldi;gæði snúast um að framkvæma þessa hönnun á færibandi, óháð annmörkum þeirra.
Í dag eru mörg fyrirtæki að endurskoða hvernig eigi að stunda viðskipti.Óbreytt ástand árið 2018 gæti ekki lengur verið mögulegt.Fleiri og fleiri framleiðendur verða betri og klárari.Meiri þekking er til staðar, sem þýðir betri greind til að smíða rétta vöru í fyrsta skipti, með meiri skilvirkni og afköstum.