Өндірістік технологиялар бойынша консалтингтік компания SmarTech мәліметтері бойынша, аэроғарыш өнеркәсібі қосымша өндіріс (AM) қызмет көрсететін екінші ірі сала болып табылады, тек медицинадан кейін екінші орында.Дегенмен, аэроғарыштық компоненттерді жылдам өндіру, икемділік пен үнемділіктің жоғарылауы кезінде керамикалық материалдардың қосымша өндірісінің әлеуеті туралы әлі де хабардар болмауы бар.AM күшті және жеңіл керамикалық бөлшектерді тезірек және тұрақтырақ жасай алады - еңбек шығындарын азайтады, қолмен құрастыруды азайтады және модельдеу арқылы әзірленген дизайн арқылы тиімділік пен өнімділікті арттырады, осылайша ұшақтың салмағын азайтады.Сонымен қатар, керамикалық қоспаларды өндіру технологиясы 100 микроннан аз мүмкіндіктер үшін дайын бөлшектердің өлшемдік бақылауын қамтамасыз етеді.
Дегенмен, керамика сөзі сынғыштық туралы қате түсінікті тудыруы мүмкін.Шын мәнінде, қоспалар арқылы жасалған керамика үлкен құрылымдық беріктігі, қаттылығы және кең температура диапазонына төзімділігі бар жеңілірек, майда бөлшектерді шығарады.Болашақты болжайтын компаниялар саптамалар мен бұрандаларды, электр изоляторларын және турбиналық қалақтарды қоса алғанда, керамикалық өндіріс компоненттеріне жүгінеді.
Мысалы, жоғары таза глиноземнің қаттылығы жоғары, коррозияға төзімділігі мен температура диапазоны күшті.Глиноземнен жасалған құрамдас бөліктер аэроғарыштық жүйелерде кең таралған жоғары температурада да электрлік оқшаулау болып табылады.
Циркония негізіндегі керамика материалдардың өте жоғары талаптары мен жоғары механикалық кернеуі бар көптеген қолданбаларға жауап бере алады, мысалы, жоғары сапалы металл қалыптау, клапандар мен мойынтіректер.Кремний нитридті керамика жоғары беріктікке, жоғары қаттылыққа және тамаша термиялық соққыға төзімділікке, сонымен қатар әртүрлі қышқылдардың, сілтілердің және балқытылған металдардың коррозиясына жақсы химиялық төзімділікке ие.Кремний нитриді оқшаулағыштар, дөңгелектер және жоғары температуралы төмен диэлектрлік антенналар үшін қолданылады.
Композиттік керамика бірнеше қажетті қасиеттерді қамтамасыз етеді.Алюминий тотығы мен циркон қосылған кремний негізіндегі керамика турбиналық қалақтарға арналған монокристалды құймаларды өндіруде жақсы жұмыс істейтінін дәлелдеді.Өйткені, бұл материалдан жасалған керамикалық өзек 1500°C-қа дейін өте төмен термиялық кеңеюге, жоғары кеуектілікке, тамаша бет сапасы мен жақсы шаймалыққа ие.Бұл өзектерді басып шығару жоғары жұмыс температурасына төтеп бере алатын және қозғалтқыштың тиімділігін арттыратын турбиналық конструкцияларды жасауға болады.
Керамиканың инъекциялық қалыптау немесе өңдеу өте қиын екені белгілі, ал өңдеу өндірілетін компоненттерге шектеулі қолжетімділікті қамтамасыз етеді.Жұқа қабырғалар сияқты мүмкіндіктерді өңдеу де қиын.
Дегенмен, Lithoz дәл, күрделі пішінді 3D керамикалық компоненттерді өндіру үшін литография негізіндегі керамикалық өндірісті (LCM) пайдаланады.
CAD үлгісінен бастап егжей-тегжейлі сипаттамалар цифрлық түрде 3D принтерге тасымалданады.Содан кейін мөлдір құмыраның жоғарғы жағына дәл құрастырылған керамикалық ұнтақты жағыңыз.Жылжымалы құрылыс платформасы балшыққа батырылады, содан кейін төменнен көрінетін жарыққа таңдамалы түрде әсер етеді.Қабат кескіні проекциялық жүйемен біріктірілген сандық микро айна құрылғысы (DMD) арқылы жасалады.Бұл процесті қайталау арқылы қабат-қабат үш өлшемді жасыл бөлікті жасауға болады.Термиялық кейінгі өңдеуден кейін байланыстырғыш жойылады және жасыл бөліктер арнайы қыздыру процесі арқылы біріктіріледі - тамаша механикалық қасиеттері мен бетінің сапасы толығымен тығыз керамикалық бөлікті алу үшін.
LCM технологиясы инъекциялық қалыптау және жоғалған балауызды құю үшін қажет қымбат және көп еңбекті қажет ететін қалып өндірісін айналып өтіп, турбиналық қозғалтқыш компоненттерін инвестициялық құюдың инновациялық, үнемді және жылдам процесін қамтамасыз етеді.
LCM басқа әдістерге қарағанда әлдеқайда аз шикізатты пайдалана отырып, басқа әдістермен қол жеткізе алмайтын дизайнға қол жеткізе алады.
Керамикалық материалдар мен LCM технологиясының үлкен әлеуетіне қарамастан, AM түпнұсқалық жабдық өндірушілері (OEM) мен аэроғарыштық дизайнерлер арасында әлі де алшақтық бар.
Мұның бір себебі қауіпсіздік пен сапа талаптары ерекше қатаң талаптары бар салалардағы жаңа өндіріс әдістеріне қарсылық болуы мүмкін.Аэроғарыштық өндіріс көптеген тексеру және біліктілік процестерін, сондай-ақ мұқият және қатаң сынақтарды талап етеді.
Тағы бір кедергі 3D басып шығару негізінен ауада қолдануға болатын кез келген нәрсеге емес, тек бір реттік жылдам прототиптеу үшін жарамды деген сенімді қамтиды.Тағы да, бұл түсінбеушілік және 3D басып шығарылған керамикалық компоненттер жаппай өндірісте қолданылатыны дәлелденді.
Мысал турбиналық қалақтарды өндіру болып табылады, мұнда AM керамикалық процесс монокристалды (SX) өзектерді, сондай-ақ бағытталған қатаю (DS) және тең осьті құю (EX) суперқорытпалы турбиналық қалақтарды шығарады.Күрделі салалық құрылымдары, бірнеше қабырғалары және 200 мкм-ден аз артқы жиектері бар өзектер тез және үнемді түрде шығарылуы мүмкін, ал соңғы құрамдас бөліктер дәйекті өлшемдік дәлдік пен тамаша беттік өңдеуге ие.
Байланысты жақсарту аэроғарыштық дизайнерлер мен AM OEM құрылғыларын біріктіре алады және LCM және басқа технологиялар арқылы жасалған керамикалық компоненттерге толығымен сенеді.Технология мен тәжірибе бар.Ол ҒЗТКЖ және прототиптеу үшін AM-дан ойлау тәсілін өзгертуі керек және оны ауқымды коммерциялық қолданбалар үшін алға апаратын жол ретінде қарастыруы керек.
Білім беруден басқа, аэроғарыш компаниялары персоналға, инженерияға және тестілеуге уақыт бөле алады.Өндірушілер металдарды емес, керамикалық бұйымдарды бағалаудың әртүрлі стандарттары мен әдістерін білуі керек.Мысалы, Lithoz-тың құрылымдық керамикаға арналған екі негізгі ASTM стандарты беріктік сынағы үшін ASTM C1161 және қаттылықты сынау үшін ASTM C1421 болып табылады.Бұл стандарттар барлық әдістермен өндірілген керамикаға қолданылады.Керамикалық қоспаларды өндіруде басып шығару қадамы жай ғана қалыптау әдісі болып табылады және бөлшектер дәстүрлі керамика сияқты агломерациядан өтеді.Сондықтан керамикалық бөлшектердің микроқұрылымы кәдімгі өңдеуге өте ұқсас болады.
Материалдар мен технологияның үздіксіз ілгерілеуіне сүйене отырып, дизайнерлер көбірек деректер алады деп сенімді түрде айта аламыз.Жаңа керамикалық материалдар арнайы инженерлік қажеттіліктерге сәйкес әзірленеді және реттеледі.AM керамикасынан жасалған бөлшектер аэроғарышта пайдалану үшін сертификаттау процесін аяқтайды.Жақсартылған модельдеу бағдарламалық құралы сияқты жақсы дизайн құралдарын қамтамасыз етеді.
LCM техникалық сарапшыларымен ынтымақтаса отырып, аэроғарыш компаниялары AM керамикалық процестерді енгізе алады - уақытты қысқартады, шығындарды азайтады және компанияның жеке зияткерлік меншігін дамытуға мүмкіндіктер жасайды.Керамикалық технологияға инвестиция салатын аэроғарыш компаниялары болжамды және ұзақ мерзімді жоспарлау арқылы алдағы он жылда және одан кейінгі уақытта бүкіл өндірістік қоржынында айтарлықтай пайда ала алады.
AM Ceramics компаниясымен серіктестік орнату арқылы аэроғарыштық жабдықтың өндірушілері бұрын елестету мүмкін емес компоненттерді шығарады.
About the author: Shawn Allan is the vice president of additive manufacturing expert Lithoz. You can contact him at sallan@lithoz-america.com.
Шон Аллан 2021 жылдың 1 қыркүйегінде Огайо штатының Кливленд қаласындағы Керамика көрмесінде керамикалық қоспалар өндірісінің артықшылықтарын тиімді жеткізудің қиындықтары туралы сөйлейді.
Гиперсоникалық ұшу жүйелерінің дамуы ондаған жылдар бойы болғанымен, ол қазір АҚШ-тың ұлттық қорғанысының басты басымдылығына айналды, бұл саланы қарқынды өсу мен өзгеру жағдайына әкелді.Бірегей көпсалалы сала ретінде оның дамуына ықпал ету үшін қажетті дағдылары бар сарапшыларды табу міндеті тұр.Дегенмен, сарапшылар жеткіліксіз болған кезде, ол инновациялық алшақтықты тудырады, мысалы, өндіріс қабілеттілігі үшін дизайнды (DFM) ҒЗТКЖ кезеңінде бірінші кезекте қою, содан кейін үнемді өзгерістер енгізу үшін тым кеш болған кезде өндірістік алшақтыққа айналады.
Жаңадан құрылған қолданбалы гиперсоника бойынша университеттік альянс (UCAH) сияқты альянстар осы саланы ілгерілету үшін қажетті таланттарды тәрбиелеу үшін маңызды ортаны қамтамасыз етеді.Студенттер технологияны дамыту және гипер дыбыстық зерттеулерді ілгерілету үшін университет зерттеушілерімен және сала мамандарымен тікелей жұмыс істей алады.
UCAH және басқа қорғаныс консорциумдарының мүшелері әртүрлі инженерлік жұмыстармен айналысуға рұқсат бергенімен, дизайннан материалды әзірлеуге және іріктеуден өндірістік шеберханаларға дейін әртүрлі және тәжірибелі таланттарды тәрбиелеу үшін көбірек жұмыс істеу керек.
Бұл салада тұрақты құндылықты қамтамасыз ету үшін университет альянсы салалық қажеттіліктерге сәйкес келу, мүшелерді салаға сәйкес зерттеулерге тарту және бағдарламаға инвестициялау арқылы жұмыс күшін дамытуды басымдыққа айналдыруы керек.
Гиперсоникалық технологияны ауқымды өндірілетін жобаларға айналдырған кезде, бар инженерлік және өндірістік еңбек дағдыларының жетіспеушілігі ең үлкен қиындық болып табылады.Егер ерте зерттеулер осы орынды атаған өлім алқабын кесіп өтпесе - ҒЗТКЖ мен өндіріс арасындағы алшақтық және көптеген өршіл жобалар сәтсіз аяқталса, онда біз қолданылатын және мүмкін болатын шешімді жоғалттық.
АҚШ-тың өңдеу өнеркәсібі дыбыстан жоғары жылдамдықты жеделдете алады, бірақ артта қалу қаупі сәйкес келетін жұмыс күшінің мөлшерін кеңейту болып табылады.Сондықтан үкімет пен университетті дамыту консорциумдары бұл жоспарларды жүзеге асыру үшін өндірушілермен ынтымақтасуы керек.
Өнеркәсіпте өндірістік шеберханалардан бастап инженерлік зертханаларға дейінгі дағдылардың кемшіліктері болды - бұл олқылықтар гипер дыбыстық нарық өскен сайын кеңейеді.Жаңа технологиялар саладағы білімді кеңейту үшін жаңа жұмыс күшін қажет етеді.
Гиперсоникалық жұмыс әртүрлі материалдар мен құрылымдардың бірнеше негізгі бағыттарын қамтиды және әр аймақтың өзіндік техникалық қиындықтары бар.Олар егжей-тегжейлі білімнің жоғары деңгейін талап етеді, ал егер қажетті сараптама болмаса, бұл даму мен өндіріске кедергілер тудыруы мүмкін.Егер бізде жұмысты ұстап тұру үшін адамдар жеткіліксіз болса, жоғары жылдамдықтағы өндіріске сұранысты қанағаттандыру мүмкін емес.
Мысалы, бізге соңғы өнімді құрастыра алатын адамдар керек.UCAH және басқа консорциумдар заманауи өндірісті ілгерілету және өндіріс рөліне қызығушылық танытқан студенттерді қамту үшін өте маңызды.Кросс-функционалды арнайы жұмыс күшін дамыту күш-жігерінің арқасында сала алдағы бірнеше жылда гипер дыбыстық ұшу жоспарларында бәсекелестік артықшылықты сақтай алады.
UCAH құру арқылы Қорғаныс министрлігі осы саладағы әлеуетті арттыруға бағытталған тәсілді қабылдауға мүмкіндік жасауда.Барлық коалиция мүшелері студенттердің қабілеттерін дамыту үшін бірлесіп жұмыс істеуі керек, осылайша біз зерттеу қарқынын қалыптастырып, сақтай аламыз және оны елімізге қажетті нәтижелерді шығару үшін кеңейтеміз.
Қазір жабылған NASA Advanced Composites Alliance жұмыс күшін дамытудың сәтті үлгісі болып табылады.Оның тиімділігі ҒЗТКЖ жұмысын салалық мүдделермен біріктірудің нәтижесі болып табылады, бұл инновацияларды дамудың бүкіл экожүйесінде кеңейтуге мүмкіндік береді.Сала жетекшілері екі-төрт жыл бойы жобалар бойынша NASA және университеттермен тікелей жұмыс істеді.Барлық мүшелер кәсіби білім мен тәжірибені дамытты, бәсекелестік емес ортада ынтымақтастықты үйренді және болашақта негізгі сала ойыншыларын тәрбиелеу үшін колледж студенттерін тәрбиеледі.
Жұмыс күшін дамытудың бұл түрі саладағы олқылықтарды толтырады және АҚШ-тың ұлттық қауіпсіздігі мен экономикалық қауіпсіздік бастамаларына ықпал ететін әрі қарай өсуге қол жеткізу үшін шағын бизнеске жылдам инновациялар енгізуге және саланы әртараптандыруға мүмкіндіктер береді.
Университеттік альянстар, соның ішінде UCAH, гиперсоникалық өріс пен қорғаныс өнеркәсібіндегі маңызды активтер болып табылады.Олардың зерттеулері дамып келе жатқан инновацияларды алға жылжытқанымен, олардың ең үлкен құндылығы - біздің келесі ұрпақты жұмыс күшін дайындау қабілетінде.Енді консорциум мұндай жоспарларға инвестиция салуға басымдық беруі керек.Осылайша, олар гипердыбыстық инновацияның ұзақ мерзімді табысқа жетуіне көмектесе алады.
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.
Күрделі, жоғары инженерлік өнімдерді (мысалы, ұшақтың құрамдас бөліктері) өндірушілер әрқашан жетілдіруге ұмтылады.Маневр жасауға орын жоқ.
Ұшақ өндірісі өте күрделі болғандықтан, өндірушілер әр қадамға үлкен назар аудара отырып, сапа процесін мұқият басқаруы керек.Бұл реттеуші талаптарды қанағаттандыра отырып, динамикалық өндіріс, сапа, қауіпсіздік және жеткізу тізбегі мәселелерін басқару және бейімделу жолын терең түсінуді талап етеді.
Жоғары сапалы өнімді жеткізуге көптеген факторлар әсер ететіндіктен, күрделі және жиі өзгеретін өндірістік тапсырыстарды басқару қиын.Сапа процесі инспекция мен жобалаудың, өндірістің және сынақтың барлық аспектілерінде динамикалық болуы керек.Индустрия 4.0 стратегиялары мен заманауи өндіріс шешімдерінің арқасында бұл сапа мәселелерін басқару және жеңу оңайырақ болды.
Ұшақ өндірісінің дәстүрлі бағыты әрқашан материалдарға бағытталған.Көптеген сапа мәселелерінің көзі сынғыш сыну, коррозия, металдың шаршауы немесе басқа факторлар болуы мүмкін.Дегенмен, бүгінгі ұшақ өндірісі төзімді материалдарды пайдаланатын озық, жоғары инженерлік технологияларды қамтиды.Өнімді жасау жоғары мамандандырылған және күрделі процестер мен электрондық жүйелерді пайдаланады.Жалпы операцияларды басқару бағдарламалық шешімдері бұдан былай өте күрделі мәселелерді шеше алмауы мүмкін.
Күрделі бөлшектерді жаһандық жеткізу тізбегінен сатып алуға болады, сондықтан оларды құрастыру процесінде біріктіруге көбірек көңіл бөлу керек.Белгісіздік жеткізу тізбегінің көрінуіне және сапаны басқаруға жаңа қиындықтар әкеледі.Көптеген бөлшектер мен дайын өнімнің сапасын қамтамасыз ету жақсырақ және біріктірілген сапа әдістерін талап етеді.
Индустрия 4.0 өңдеу өнеркәсібінің дамуын білдіреді және қатаң сапа талаптарын қанағаттандыру үшін көбірек озық технологиялар қажет.Қолдау технологияларына өнеркәсіптік заттардың интернеті (IIoT), сандық ағындар, толықтырылған шындық (AR) және болжамды талдау кіреді.
Сапа 4.0 өнімдерді, процестерді, жоспарлауды, сәйкестікті және стандарттарды қамтитын деректерге негізделген өндірістік процестің сапа әдісін сипаттайды.Ол ұйымның жұмыс процесін түрлендіру және ықтимал өнімдер немесе процестер ақауларын жою үшін машиналық оқытуды, қосылған құрылғыларды, бұлтты есептеулерді және цифрлық егіздерді қоса алғанда, өнеркәсіптік әріптестері сияқты көптеген жаңа технологияларды пайдалана отырып, дәстүрлі сапа әдістерін алмастырудың орнына құрылған.Сапа 4.0 пайда болуы деректерге тәуелділікті арттыру және өнімді жасаудың жалпы әдісінің бөлігі ретінде сапаны тереңірек пайдалану арқылы жұмыс орны мәдениетін одан әрі өзгертеді деп күтілуде.
Сапа 4.0 басынан жобалау кезеңіне дейін операциялық және сапаны қамтамасыз ету (QA) мәселелерін біріктіреді.Бұл өнімдерді концептуализациялау және жобалау әдісін қамтиды.Соңғы салалық сауалнама нәтижелері нарықтардың көпшілігінде дизайнды берудің автоматтандырылған процесі жоқ екенін көрсетеді.Қолмен орындалатын процесс қателерге орын қалдырады, мейлі ол ішкі қате немесе коммуникациялық дизайн және жеткізу тізбегіндегі өзгерістер болсын.
Дизайнмен қатар, Quality 4.0 қалдықтарды азайту, қайта өңдеуді азайту және өндіріс параметрлерін оңтайландыру үшін процесске бағытталған машиналық оқытуды пайдаланады.Сонымен қатар, ол жеткізілгеннен кейін өнімнің өнімділігі мәселелерін шешеді, өнімнің бағдарламалық құралын қашықтан жаңарту үшін жердегі кері байланысты пайдаланады, тұтынушылардың қанағаттануын қолдайды және сайып келгенде қайталанатын бизнесті қамтамасыз етеді.Ол Индустрия 4.0-нің ажырамас серіктесіне айналуда.
Дегенмен, сапа тек таңдалған өндірістік сілтемелерге ғана қатысты емес.Сапа 4.0 инклюзивтілігі деректердің түрлендіру күшін корпоративтік ойлаудың ажырамас бөлігіне айналдыра отырып, өндірістік ұйымдарда кешенді сапа тәсілін енгізе алады.Ұйымның барлық деңгейлерінде сәйкестік жалпы сапа мәдениетін қалыптастыруға ықпал етеді.
Бірде-бір өндіріс процесі 100% уақытта мінсіз жұмыс істей алмайды.Жағдайлардың өзгеруі түзетуді қажет ететін күтпеген оқиғаларды тудырады.Сапада тәжірибесі барлар мұның бәрі кемелдікке жету үдерісінде екенін түсінеді.Мәселелерді мүмкіндігінше ерте анықтау үшін сапаның процеске қосылғанына қалай көз жеткізесіз?Кемшілікті тапқанда не істейсіз?Бұл мәселені тудыратын сыртқы факторлар бар ма?Бұл мәселенің қайталануын болдырмау үшін тексеру жоспарына немесе сынақ процедурасына қандай өзгерістер енгізуге болады?
Әрбір өндірістік процесте байланысты және байланысты сапа процесі бар деген менталитетті қалыптастырыңыз.Бір-бірінің қарым-қатынасы бар болашақты елестетіп, сапаны үнемі өлшеңіз.Кездейсоқ не болса да, тамаша сапаға қол жеткізуге болады.Әрбір жұмыс орталығы ақаулар пайда болғанға дейін жақсартуды қажет ететін аймақтарды анықтау үшін индикаторларды және негізгі тиімділік көрсеткіштерін (KPI) күн сайын қарайды.
Бұл тұйық жүйеде әрбір өндірістік процесте процесті тоқтату, процесті жалғастыруға мүмкіндік беру немесе нақты уақыт режимінде түзетулер енгізу үшін кері байланысты қамтамасыз ететін сапалы қорытынды бар.Жүйеге шаршау немесе адам қателігі әсер етпейді.Сапаның жоғары деңгейіне қол жеткізу, цикл уақытын қысқарту және AS9100 стандарттарына сәйкестікті қамтамасыз ету үшін әуе кемелерін өндіруге арналған жабық цикл сапа жүйесі маңызды.
Он жыл бұрын QA-ны өнім дизайнына, нарықты зерттеуге, жеткізушілерге, өнім қызметтеріне немесе тұтынушылардың қанағаттануына әсер ететін басқа факторларға бағыттау идеясы мүмкін емес еді.Өнім дизайны жоғары органнан келетіні түсініледі;сапа - бұл конструкцияларды кемшіліктеріне қарамастан құрастыру желісінде орындау.
Бүгінде көптеген компаниялар бизнесті қалай жүргізу керектігін қайта қарастыруда.2018 жылғы статус-кво енді мүмкін болмауы мүмкін.Барған сайын көбірек өндірушілер ақылды және ақылды болып келеді.Көбірек білім бар, бұл бірінші рет жоғары тиімділік пен өнімділікпен дұрыс өнімді жасау үшін жақсы интеллектті білдіреді.