Jedan od ključnih pokretača povećane upotrebe titanijumskih legura je široka primena kompozita od ugljeničnih vlakana u proizvodnji vazduhoplova. Legure titanijuma i kompoziti od ugljeničnih vlakana pokazuju odličnu kompatibilnost, nudeći ne samo visoku čvrstoću i otpornost na koroziju, već i efikasno smanjenje težine, što ih čini posebno pogodnim za područja visokog-naprezanja i kritične komponente u kontaktu sa kompozitnim materijalima. Međutim, ovaj porast u upotrebi legura titanijuma predstavlja dvostruki izazov za proizvođače vazduhoplovstva: prvo, legure titanijuma su metali visoke{3}}vrednosti, a tradicionalni procesi kovanja rezultiraju ekstremno niskim korišćenjem materijala, sa do 80% do 95% sirovina koje se potencijalno troše tokom mašinske obrade, što predstavlja izazov za razvoj svemirske industrije i održivost proizvodnje. Drugo, kontinuirana optimizacija performansi aviona se sve više oslanja na efikasniji i lakši konstrukcijski dizajn, dok se tradicionalni proizvodni procesi često suočavaju s ograničenjima kao što su visoki troškovi, dugo vrijeme isporuke ili tehnička neizvodljivost pri postizanju složenih integriranih struktura. Dakle, postoji li proizvodna metoda koja može istovremeno riješiti hitno pitanje otpada materijala i otključati budući potencijal složenih strukturalnih dizajna? Airbus, proizvođač vazduhoplovstva, odgovorio je na ova pitanja svojom tehnologijom aditivne proizvodnje (w-DED) koja je praktikovala dugi niz godina.
Kako funkcionira w-DED?
Airbus objašnjava da tehnologija koristi više-osnu robotsku ruku opremljenu kolutom žice od legure titanijuma, koji se kreće precizno prema digitalnom modelu. Fokusiranjem energije poput lasera, plazme ili snopa elektrona na žicu, ona se trenutno topi i taloži sloj po sloj na podlogu. Površno, proces podsjeća na zavarivanje, ali ga zapravo u potpunosti kontrolira trodimenzionalni model, sposoban da "štampa" materijal odozdo prema gore u tako-zvani "prazni dio". Ovaj prazni dio je već vrlo blizu konačnom željenom obliku, postižući stanje "blizu-mrežnog-oblika", a potrebna je samo brza završna obrada kako bi se ispunili zahtjevi preciznih dimenzija dijela.
Otključavanje potencijala strukturnih komponenti od legure titanijuma velikih aviona
Otključavanje potencijala strukturnih komponenti od legure titanijuma velikih aviona
Dok se tehnologija metalne 3D štampe koristi u vazduhoplovstvu već deceniju, ranije je bila prvenstveno ograničena na male delove. Sistemi za 3D štampanje "powder bed" obično se koriste za proizvodnju delova kraćih od 60 centimetara (oko dva stopa). Nasuprot tome, w-DED tehnologija je omogućila Airbusu da prevaziđe ograničenja veličine, proizvodeći velike strukturne komponente od legure titanijuma dužine do sedam metara (preko 23 stope). Novi proces obećava brzinu proizvodnje od nekoliko kilograma materijala na sat. Ovo čini industrijsku-veliku-proizvodnju tehnologije 3D štampanja mogućom za velike strukturne komponente komercijalnih aviona.
Pomaže u smanjenju otpada od titanijumskih sirovina
U današnjoj težnji za održivom i vitkom proizvodnjom, tradicionalni procesi kovanja bore se da zadovolje strogu kontrolu troškova i zahtjeve za efikasnošću resursa proizvođača svemirskih kompanija. Jedan od ključnih razloga zašto je Airbus uveo DED aditivnu proizvodnju je izbjegavanje otpada materijala tokom obrade od samog početka. To je zato što se, u DED aditivnoj proizvodnji, dijelovi uzgajaju sloj-po-sloj na način skoro-mreže-, koji blisko podsjeća na konačni oblik dizajna, što zahtijeva samo minimalnu naknadnu obradu.
Poboljšanje agilnosti razvoja aviona
Tradicionalni procesi kovanja pomoću kalupa zahtijevaju proizvodnju velikih, složenih kalupa, proces koji može potrajati i do dvije godine i zahtijeva značajna ulaganja unaprijed. Nasuprot tome, oblik 3D-štampanih dijelova u potpunosti je definiran kompjuterskim programima, smanjujući cikluse isporuke na samo nekoliko sedmica. Agilnost koju nudi w-DED je posebno korisna za neometanu i pravovremenu proizvodnju prvog prototipa-i dok se detaljni dizajn još uvijek fino-podešava i optimizira, tehnologija podržava brzu iteraciju fizičkih komponenti sve dok cijeli avion ne uđe u finalnu montažu.
Prva validacija u proizvodnji A350
Airbus je nedavno započeo masovnu integraciju proizvodnje velikih komponenti proizvedenih korištenjem w-DED tehnologije u perimetarskoj strukturi teretnih vrata aviona A350. U ovoj fazi istraživanja, ovi specifični dijelovi, koje je dizajnirao Airbus, štampaju se korištenjem plazma w-DED tehnologije od strane kvalifikovanih dobavljača, zatim ultrazvučno testirani od strane Testia Bremen, i na kraju se završavaju i sklapaju u Airbusovim vlastitim tvornicama. Ovi dijelovi su funkcionalno i geometrijski identični tradicionalnim kovanim dijelovima koje zamjenjuju, ali su postigli značajne uštede. Gledajući unaprijed, Airbus planira koristiti w-DED komponente A350 kao polaznu tačku za postepeno proširenje ove tehnologije na druge projekte i kritičnije dijelove aviona (dugoročno, uključujući krila i stajni trap).
Dizajniran za DED
Što je još važnije, ova tehnologija je dovela do novog koncepta "dizajnirano za DED". Inženjeri više ne moraju da rastavljaju složene komponente na više nezavisnih delova za odvojenu proizvodnju i montažu; umjesto toga, mogu ih dizajnirati kao jednu, strukturno optimiziranu integriranu komponentu i odštampati ih u jednom potezu. Ova sposobnost integrisanja više delova u jednu komponentu će efikasno pojednostaviti lanac snabdevanja, smanjiti korake montaže i skratiti proizvodne cikluse, čime će se u potpunosti realizovati potencijal sledeće-generacije aviona zasnovanih na konceptima 3D dizajna.
Promoviranje proizvodne primjene ključnih komponenti
Trenutno, Airbus i njegovi partneri čine velike korake u sticanju iskustva u proizvodnji ključnih komponenti koristeći w-DED (wafer-to-pronalaženje) tehnologiju, i postigli su ohrabrujući napredak. Inženjeri testiraju različite izvore energije, uključujući plazmu, elektrolučno zavarivanje, elektronske zrake i laserske zrake, i istovremeno procjenjuju strategije "outsourcinga" (ugovaranje štampanja sa vanjskim proizvođačima) i "-proizvodnje u kući" (interna proizvodnja). Nadalje, ova tehnologija će biti standardizirana na nivou Airbus grupe kako bi se osigurala njena primjena i promocija u cijeloj kompaniji.
Sistematsko unapređivanje logike plovidbenosti
Najzahtjevniji{0}}aspekt certifikacije plovidbenosti koji oduzima najviše vremena i koji je najizazovniji je prepoznavanje sigurnosti, odnosno kako dokazati da su materijali sigurni. Međunarodna proizvodna industrija civilnog vazduhoplovstva akumulirala je iskustvo tokom mnogo godina prakse. Kada pominjemo sertifikaciju plovidbenosti, zapravo mislimo na sertifikaciju delova aviona, koja uključuje tri aspekta: materijale, procese i dizajn. Aditivna proizvodnja{5}}Tehnologija 3D štampanja-uključuje sva tri elementa. Prvo, aditivna proizvodnja je proizvodni proces. U međuvremenu, maksimiziranje vrijednosti ove tehnologije zahtijeva dizajn za aditivnu proizvodnju. Korištenje novih materijala u aditivnoj proizvodnji dijelova dodaje još jedan element koji zahtijeva sigurnosnu provjeru. Stoga je najsigurniji pristup rješavati ovaj problem korak po korak, minimizirajući rizike. Airbusov pristup proizvodnji DED aditiva od legure titanijuma odražava logiku plovidbenosti u "tri-koraka" o kojoj se raspravljalo u prethodnom intervjuu. Prvo, počevši od sekundarnih nosivih{15} konstrukcija kao što su A350 teretna vrata, verificirana je pouzdanost samog w-DED procesa uz zadržavanje nepromijenjenih materijala i dizajna. Zatim se postepeno proširio na primarne{20}}noseće konstrukcije, promovirajući optimizaciju "dizajniranu za DED." Trenutno je fokus na otključavanju potencijala tradicionalnih materijala novim procesima, umjesto da istovremeno izazove potpuno nove puteve u materijalima, procesima i dizajnu. Ovaj fazni pristup{21}}kontrolisan rizikom ne samo da odražava neophodan ritam u industrijalizaciji, već i otkriva suštinu proizvodnje aditiva u vazduhoplovstvu{23}}to nije samo tehnološka inovacija već i sistematski projekat "izgradnje poverenja". Kako transformirati tehnološku inovaciju u pouzdanu vrijednost koja se može certificirati i masovno proizvoditi u okviru plovidbenosti, kao i temeljni vremenski raspored, stratifikacija rizika i logika verifikacije, može biti vrijednije dubljeg razmatranja industrije nego specifičnih tehničkih detalja.