Өндіріс технологиялары бойынша консалтингтік компания SmarTech мәліметтері бойынша, аэроғарыш саласы аддитивті өндіріс (АД) қызмет көрсететін екінші ірі сала болып табылады, ол тек медицинадан кейін екінші орында. Дегенмен, аэроғарыштық компоненттерді жылдам өндіруде керамикалық материалдарды аддитивті өндірістің әлеуеті, икемділіктің артуы және шығындардың тиімділігі туралы әлі де хабардарлық жетіспейді. АД мықты және жеңіл керамикалық бөлшектерді жылдам және тұрақты түрде шығара алады - еңбек шығындарын азайтады, қолмен құрастыруды азайтады және модельдеу арқылы жасалған дизайн арқылы тиімділік пен өнімділікті жақсартады, осылайша ұшақтың салмағын азайтады. Сонымен қатар, аддитивті өндіріс керамикалық технологиясы 100 микроннан кіші ерекшеліктер үшін дайын бөлшектердің өлшемдік басқаруын қамтамасыз етеді.
Дегенмен, керамика сөзі сынғыштық туралы қате түсінік тудыруы мүмкін. Шын мәнінде, қоспалармен жасалған керамика үлкен құрылымдық беріктікке, төзімділікке және кең температура диапазонына төзімділікке ие жеңіл, жұқа бөлшектер шығарады. Болашаққа бағытталған компаниялар форсункалар мен пропеллерлерді, электр оқшаулағыштарын және турбина қалақтарын қоса алғанда, керамикалық өндіріс компоненттеріне бет бұруда.
Мысалы, жоғары тазалықтағы алюминий оксиді жоғары қаттылыққа ие және коррозияға төзімділігі мен температура диапазонына ие. Алюминий оксидінен жасалған компоненттер аэроғарыштық жүйелерде кең таралған жоғары температурада электр оқшаулағыш қасиетке ие.
Цирконий негізіндегі керамика жоғары сапалы металл қалыптау, клапандар мен мойынтіректер сияқты материалға қойылатын талаптар мен жоғары механикалық кернеулермен көптеген қолданыстарды қанағаттандыра алады. Кремний нитриді керамикасы жоғары беріктікке, жоғары беріктікке және тамаша термиялық соққыға төзімділікке, сондай-ақ 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 оксиді мен циркон қосылған кремний негізіндегі керамика турбина қалақтарына арналған монокристалды құймаларды өндіруде жақсы нәтиже көрсетті. Себебі, бұл материалдан жасалған керамикалық өзек 1500°C дейін өте төмен термиялық кеңеюге, жоғары кеуектілікке, тамаша беттік сапа мен жақсы ағып кетуге қабілеттілікке ие. Бұл өзектерді басып шығару жоғары жұмыс температурасына төтеп бере алатын және қозғалтқыштың тиімділігін арттыратын турбина конструкцияларын жасауға мүмкіндік береді.
Керамиканы инъекциялық қалыптау немесе өңдеу өте қиын екені және өңдеу өндірілетін компоненттерге шектеулі қол жеткізуді қамтамасыз ететіні белгілі. Жұқа қабырғалар сияқты ерекшеліктерді де өңдеу қиын.
Дегенмен, Lithoz дәл, күрделі пішінді 3D керамикалық компоненттерді өндіру үшін литографияға негізделген керамикалық өндірісті (LCM) пайдаланады.
CAD моделінен бастап, егжей-тегжейлі сипаттамалар сандық түрде 3D принтерге беріледі. Содан кейін дәл формулаланған керамикалық ұнтақты мөлдір құмыраның жоғарғы жағына жағыңыз. Жылжымалы құрылыс платформасы балшыққа батырылады, содан кейін төменнен көрінетін жарыққа таңдамалы түрде ұшырайды. Қабат кескіні проекция жүйесімен біріктірілген сандық микроайна құрылғысы (DMD) арқылы жасалады. Бұл процесті қайталау арқылы үш өлшемді жасыл бөлшекті қабат-қабат жасауға болады. Термиялық өңдеуден кейін байланыстырғыш алынып тасталады және жасыл бөлшектер арнайы қыздыру процесімен біріктіріліп, тамаша механикалық қасиеттері мен бетінің сапасы бар толығымен тығыз керамикалық бөлшек алынады.
LCM технологиясы турбина қозғалтқышының компоненттерін инвестициялық құюдың инновациялық, үнемді және жылдам процесін қамтамасыз етеді, бұл инъекциялық құю және жоғалған балауыз құю үшін қажетті қымбат және көп еңбекті қажет ететін қалып өндірісін айналып өтеді.
LCM басқа әдістермен қол жеткізу мүмкін емес конструкцияларға қол жеткізе алады, сонымен қатар басқа әдістерге қарағанда әлдеқайда аз шикізатты пайдаланады.
Керамикалық материалдар мен LCM технологиясының үлкен әлеуетіне қарамастан, AM түпнұсқалық жабдықтарын өндірушілер (OEM) мен аэроғарыш дизайнерлері арасында әлі де алшақтық бар.
Мұның бір себебі, әсіресе қатаң қауіпсіздік және сапа талаптары бар салалардағы жаңа өндіріс әдістеріне қарсылық болуы мүмкін. Аэроғарыш өндірісі көптеген тексеру және біліктілік процестерін, сондай-ақ мұқият және қатаң тестілеуді қажет етеді.
Тағы бір кедергі - 3D басып шығару негізінен ауада қолдануға болатын кез келген нәрсеге емес, тек бір реттік жылдам прототиптеуге жарамды деген сенім. Тағы да, бұл түсінбеушілік, және 3D басып шығарылған керамикалық компоненттердің жаппай өндірісте қолданылатыны дәлелденген.
Мысал ретінде турбина қалақтарын өндіруді айтуға болады, мұнда AM керамикалық процесі монокристалды (SX) өзектерді, сондай-ақ бағыттаушы қатаюды (DS) және тең осьті құюды (EX) суперқорытпа турбина қалақтарын шығарады. Күрделі тармақталған құрылымдары, бірнеше қабырғалары және артқы шеттері 200 мкм-ден аз өзектерді тез және үнемді түрде өндіруге болады, ал соңғы компоненттер біркелкі өлшемдік дәлдікке және тамаша беткі өңдеуге ие.
Байланысты жақсарту аэроғарыштық дизайнерлер мен AM OEM өндірушілерін біріктіріп, LCM және басқа технологияларды қолдана отырып жасалған керамикалық компоненттерге толықтай сенуге мүмкіндік береді. Технология мен тәжірибе бар. ҒЗТКЖ және прототиптеу үшін AM ойлау тәсілін өзгерту және оны ірі коммерциялық қолданбалар үшін алға жылжудың жолы ретінде қарастыру қажет.
Білім беруден басқа, аэроғарыш компаниялары персоналға, инженерияға және сынақтарға да уақыт бөле алады. Өндірушілер металдарды емес, керамиканы бағалаудың әртүрлі стандарттары мен әдістерімен таныс болуы керек. Мысалы, Lithoz компаниясының құрылымдық керамикаға арналған екі негізгі ASTM стандарты - беріктік сынағы үшін ASTM C1161 және беріктік сынағы үшін ASTM C1421. Бұл стандарттар барлық әдістермен өндірілген керамикаға қолданылады. Керамикалық қоспа өндірісінде басып шығару кезеңі тек қалыптау әдісі болып табылады және бөлшектер дәстүрлі керамикамен бірдей күйдіруден өтеді. Сондықтан, керамикалық бөлшектердің микроқұрылымы дәстүрлі өңдеуге өте ұқсас болады.
Материалдар мен технологиялардың үздіксіз дамуына сүйене отырып, дизайнерлер көбірек деректер алады деп сенімді түрде айта аламыз. Жаңа керамикалық материалдар нақты инженерлік қажеттіліктерге сәйкес әзірленіп, бейімделеді. AM керамикасынан жасалған бөлшектер аэроғарыш саласында пайдалану үшін сертификаттау процесін аяқтайды. Және жетілдірілген модельдеу бағдарламалық жасақтамасы сияқты жақсырақ дизайн құралдарын ұсынады.
LCM техникалық сарапшыларымен ынтымақтастық жасау арқылы аэроғарыш компаниялары AM керамикалық процестерін іштей енгізе алады, бұл уақытты қысқартады, шығындарды азайтады және компанияның зияткерлік меншігін дамыту үшін мүмкіндіктер жасайды. Алдын ала болжау және ұзақ мерзімді жоспарлау арқылы керамикалық технологияға инвестиция салатын аэроғарыш компаниялары алдағы он жылда және одан кейінгі кезеңде бүкіл өндірістік портфолиосында айтарлықтай пайда көре алады.
AM Ceramics компаниясымен серіктестік орнату арқылы аэроғарыштық түпнұсқа жабдықтар өндірушілері бұрын елестету мүмкін емес компоненттерді шығаратын болады.
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 қаласында өтетін Ceramics Expo көрмесінде керамикалық қоспалар өндірісінің артықшылықтарын тиімді түрде жеткізудегі қиындықтар туралы сөз сөйлейді.
Гипердыбыстық ұшу жүйелерін әзірлеу ондаған жылдар бойы болғанымен, ол қазір АҚШ ұлттық қорғанысының басты басымдығына айналды, бұл саланы жылдам өсу мен өзгеріс жағдайына жеткізді. Бірегей көп салалы сала ретінде, оның дамуын ілгерілету үшін қажетті дағдылары бар мамандарды табу қиындық тудырады. Дегенмен, сарапшылар жеткіліксіз болған кезде, бұл инновациялық олқылық тудырады, мысалы, ғылыми-зерттеу және тәжірибелік-конструкторлық жұмыс кезеңінде алдымен өндірістік дизайнды (DFM) қою, содан кейін тиімді өзгерістер енгізуге кеш болған кезде өндірістік олқылыққа айналу.
Жаңадан құрылған Қолданбалы Гиперсоника Университеттік Альянсы (UCAH) сияқты альянстар саланы дамыту үшін қажетті таланттарды дамыту үшін маңызды ортаны қамтамасыз етеді. Студенттер технологияны әзірлеу және маңызды гиперсониялық зерттеулерді ілгерілету үшін университет зерттеушілерімен және сала мамандарымен тікелей жұмыс істей алады.
UCAH және басқа да қорғаныс консорциумдары мүшелерге әртүрлі инженерлік жұмыстармен айналысуға рұқсат бергенімен, дизайннан бастап материалдарды әзірлеуге және іріктеуге дейін, өндірістік шеберханаларға дейін әртүрлі және тәжірибелі таланттарды дамыту үшін көбірек жұмыс істеу қажет.
Бұл салада ұзақ мерзімді құндылық қамтамасыз ету үшін университеттер альянсы салалық қажеттіліктерге сәйкестендіру, мүшелерді салалық зерттеулерге тарту және бағдарламаға инвестиция салу арқылы жұмыс күшін дамытуды басымдыққа айналдыруы керек.
Гипердыбыстық технологияны ірі көлемді өндірістік жобаларға айналдыру кезінде инженерлік және өндірістік жұмыс күшінің дағдыларындағы алшақтық ең үлкен қиындық болып табылады. Егер алғашқы зерттеулер осы «өлім аңғары» деп аталатын орынды түрде өтпесе – ғылыми-зерттеу және тәжірибелік-конструкторлық жұмыстар мен өндіріс арасындағы алшақтық және көптеген ауқымды жобалар сәтсіздікке ұшыраса – онда біз қолданылатын және жүзеге асырылатын шешімді жоғалттық.
АҚШ-тың өңдеу өнеркәсібі дыбыстан жылдам жылдамдықты арттыра алады, бірақ артта қалу қаупі жұмыс күшінің санын соған сәйкес кеңейту болып табылады. Сондықтан үкімет пен университеттерді дамыту консорциумдары бұл жоспарларды іс жүзінде жүзеге асыру үшін өндірушілермен ынтымақтасуы керек.
Өнеркәсіпте өндірістік шеберханалардан бастап инженерлік зертханаларға дейін дағдылардағы олқылықтар байқалды - бұл олқылықтар гипердыбыстық нарық өскен сайын тек арта түседі. Дамып келе жатқан технологиялар саладағы білімді кеңейту үшін жаңадан пайда болып келе жатқан жұмыс күшін қажет етеді.
Гипердыбыстық жұмыс әртүрлі материалдар мен құрылымдардың бірнеше негізгі салаларын қамтиды және әр саланың өзіндік техникалық қиындықтары бар. Олар жоғары деңгейдегі егжей-тегжейлі білімді қажет етеді, ал егер қажетті сараптама болмаса, бұл әзірлеу мен өндіріске кедергі келтіруі мүмкін. Егер бізде жұмысты жалғастыруға жеткілікті адамдар болмаса, жоғары жылдамдықты өндіріске деген сұранысты қанағаттандыру мүмкін болмайды.
Мысалы, бізге соңғы өнімді жасай алатын адамдар қажет. UCAH және басқа да консорциумдар заманауи өндірісті дамыту және өндірістің рөліне қызығушылық танытқан студенттердің қатысуын қамтамасыз ету үшін өте маңызды. Функционалдық аралық арнайы жұмыс күшін дамыту жұмыстары арқылы сала алдағы бірнеше жылда гипердыбыстық ұшу жоспарларында бәсекелестік артықшылықты сақтай алады.
Қорғаныс министрлігі UCAH құру арқылы осы саладағы мүмкіндіктерді дамытуға бағытталған тәсілді қабылдауға мүмкіндік жасайды. Барлық коалиция мүшелері студенттердің тармақша мүмкіндіктерін оқыту үшін бірлесіп жұмыс істеуі керек, сонда біз зерттеу қарқынын арттырып, сақтап, елімізге қажетті нәтижелерге қол жеткізу үшін оны кеңейте аламыз.
Қазіргі уақытта жабылған NASA Advanced Composites Alliance жұмыс күшін дамыту бойынша табысты жұмыстың мысалы болып табылады. Оның тиімділігі ғылыми-зерттеу және тәжірибелік-конструкторлық жұмыстарды салалық мүдделермен біріктірудің нәтижесі болып табылады, бұл инновацияның даму экожүйесінде кеңеюіне мүмкіндік береді. Сала көшбасшылары жобалар бойынша NASA және университеттермен екі жылдан төрт жылға дейін тікелей жұмыс істеді. Барлық мүшелер кәсіби білім мен тәжірибе жинақтады, бәсекеге қабілетсіз ортада ынтымақтастықты үйренді және болашақта саланың негізгі ойыншыларын тәрбиелеу үшін колледж студенттерін дамытуға үйретті.
Жұмыс күшін дамытудың бұл түрі саладағы олқылықтарды толтырады және шағын бизнеске АҚШ-тың ұлттық қауіпсіздігі мен экономикалық қауіпсіздік бастамаларына қолайлы өсуге қол жеткізу үшін саланы тез арада инновациялауға және әртараптандыруға мүмкіндік береді.
UCAH сияқты университеттік одақтар гипердыбыстық салада және қорғаныс өнеркәсібінде маңызды активтер болып табылады. Олардың зерттеулері жаңа инновацияларды алға жылжытқанымен, олардың ең үлкен құндылығы келесі буынды жұмыс күшін оқыту мүмкіндігінде жатыр. Консорциум енді мұндай жоспарларға инвестиция салуға басымдық беруі керек. Осылайша, олар гипердыбыстық инновацияның ұзақ мерзімді табысына ықпал ете 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 технологиялық өнімдерді (мысалы, ұшақ компоненттерін) өндірушілер әрқашан мінсіздікке ұмтылады. Маневр жасауға орын жоқ.
Ұшақ өндірісі өте күрделі болғандықтан, өндірушілер сапа процесін мұқият басқарып, әрбір қадамға үлкен назар аударуы керек. Бұл реттеуші талаптарды сақтай отырып, динамикалық өндіріс, сапа, қауіпсіздік және жеткізу тізбегі мәселелерін қалай басқару және бейімдеу керектігін терең түсінуді талап етеді.
Жоғары сапалы өнімдерді жеткізуге көптеген факторлар әсер ететіндіктен, күрделі және жиі өзгеретін өндірістік тапсырыстарды басқару қиын. Сапа процесі тексеру мен жобалаудың, өндіріс пен сынақтан өткізудің барлық аспектілерінде динамикалық болуы керек. Industry 4.0 стратегиялары мен заманауи өндірістік шешімдердің арқасында бұл сапа қиындықтарын басқару және жеңу оңайырақ болды.
Ұшақ өндірісінің дәстүрлі бағыты әрқашан материалдарға бағытталған. Сапа мәселелерінің көпшілігінің көзі сынғыш сыну, коррозия, металлдың шаршауы немесе басқа факторлар болуы мүмкін. Дегенмен, бүгінгі таңдағы ұшақ өндірісі төзімді материалдарды пайдаланатын озық, жоғары технологиялық технологияларды қамтиды. Өнімді жасау жоғары мамандандырылған және күрделі процестер мен электрондық жүйелерді пайдаланады. Жалпы операцияларды басқару бағдарламалық шешімдері енді өте күрделі мәселелерді шеше алмауы мүмкін.
Күрделі бөлшектерді жаһандық жеткізу тізбегінен сатып алуға болады, сондықтан оларды құрастыру процесінде біріктіруге көбірек көңіл бөлу қажет. Белгісіздік жеткізу тізбегінің көрінуіне және сапаны басқаруға жаңа қиындықтар туғызады. Көптеген бөлшектер мен дайын өнімдердің сапасын қамтамасыз ету үшін жақсырақ және интеграцияланған сапа әдістері қажет.
4.0 индустриясы өңдеу өнеркәсібінің дамуын білдіреді және қатаң сапа талаптарын қанағаттандыру үшін барған сайын озық технологиялар қажет. Қолдау технологияларына Заттар өнеркәсіптік интернеті (IIoT), сандық ағындар, кеңейтілген шындық (AR) және болжамдық аналитика жатады.
Quality 4.0 өнімдерді, процестерді, жоспарлауды, сәйкестікті және стандарттарды қамтитын деректерге негізделген өндіріс процесінің сапа әдісін сипаттайды. Ол дәстүрлі сапа әдістерін ауыстырудың орнына, ұйымның жұмыс процесін өзгерту және өнімдердің немесе процестердің ықтимал ақауларын жою үшін машиналық оқыту, қосылған құрылғылар, бұлттық есептеулер және сандық егіздер сияқты өнеркәсіптік аналогтары сияқты көптеген жаңа технологияларды пайдалана отырып, дәстүрлі сапа әдістеріне негізделген. Quality 4.0 пайда болуы деректерге тәуелділікті арттыру және өнімді жалпы жасау әдісінің бөлігі ретінде сапаны тереңірек пайдалану арқылы жұмыс орнындағы мәдениетті одан әрі өзгертеді деп күтілуде.
Quality 4.0 операциялық және сапаны қамтамасыз ету (QA) мәселелерін басынан бастап жобалау кезеңіне дейін біріктіреді. Бұған өнімдерді қалай тұжырымдау және жобалау керектігі кіреді. Жақында салалық сауалнама нәтижелері көптеген нарықтарда дизайнды берудің автоматтандырылған процесі жоқ екенін көрсетеді. Қолмен орындалатын процесс қателіктерге орын қалдырады, ол ішкі қателік болсын немесе дизайн мен жеткізу тізбегіндегі өзгерістерді хабарлау болсын.
Дизайннан басқа, Quality 4.0 қалдықтарды азайту, қайта өңдеуді азайту және өндіріс параметрлерін оңтайландыру үшін процеске бағытталған машиналық оқытуды да пайдаланады. Сонымен қатар, ол жеткізілгеннен кейін өнімнің өнімділік мәселелерін шешеді, өнім бағдарламалық жасақтамасын қашықтан жаңарту үшін жергілікті кері байланысты пайдаланады, тұтынушылардың қанағаттанушылығын сақтайды және сайып келгенде, қайталанатын бизнесті қамтамасыз етеді. Ол Industry 4.0-тің ажырамас серіктесіне айналуда.
Дегенмен, сапа тек таңдалған өндірістік буындарға ғана қолданылмайды. Quality 4.0 инклюзивтілігі өндірістік ұйымдарда кешенді сапа тәсілін енгізе алады, бұл деректердің трансформациялық күшін корпоративтік ойлаудың ажырамас бөлігіне айналдырады. Ұйымның барлық деңгейлеріндегі сәйкестік жалпы сапа мәдениетін қалыптастыруға ықпал етеді.
Ешбір өндірістік процесс уақыттың 100%-ында мінсіз жүре алмайды. Өзгеретін жағдайлар түзетуді қажет ететін күтпеген оқиғаларды тудырады. Сапа саласында тәжірибесі барлар мұның бәрі мінсіздікке қарай жылжу процесі екенін түсінеді. Мәселелерді мүмкіндігінше ертерек анықтау үшін сапаның процеске енгізілуін қалай қамтамасыз етесіз? Ақаулықты тапқан кезде не істейсіз? Бұл мәселені тудыратын сыртқы факторлар бар ма? Бұл мәселенің қайталануына жол бермеу үшін тексеру жоспарына немесе сынақ процедурасына қандай өзгерістер енгізе аласыз?
Әрбір өндірістік процестің өзара байланысты және байланысты сапа процесі бар деген ой қалыптастырыңыз. Жеке-жеке қарым-қатынас орнайтын және сапаны үнемі өлшейтін болашақты елестетіп көріңіз. Кездейсоқ не болса да, мінсіз сапаға қол жеткізуге болады. Әрбір жұмыс орталығы мәселелер туындамас бұрын жақсартуды қажет ететін салаларды анықтау үшін индикаторлар мен негізгі өнімділік көрсеткіштерін (KPI) күн сайын қарастырады.
Бұл тұйықталған цикл жүйесінде әрбір өндіріс процесінде сапа туралы қорытынды болады, ол процесті тоқтату, процесті жалғастыруға мүмкіндік беру немесе нақты уақыт режимінде түзетулер енгізу үшін кері байланыс береді. Жүйеге шаршау немесе адами қателіктер әсер етпейді. Ұшақ өндірісіне арналған тұйықталған циклді сапа жүйесі жоғары сапа деңгейлеріне жету, цикл уақытын қысқарту және AS9100 стандарттарына сәйкестікті қамтамасыз ету үшін өте маңызды.
Он жыл бұрын сапаны қамтамасыз етуді өнім дизайнына, нарықты зерттеуге, жеткізушілерге, өнім қызметтеріне немесе тұтынушылардың қанағаттанушылығына әсер ететін басқа факторларға бағыттау идеясы мүмкін емес еді. Өнім дизайны жоғары органнан келеді деп түсініледі; сапа - бұл кемшіліктеріне қарамастан, осы жобаларды құрастыру желісінде орындау туралы.
Бүгінгі таңда көптеген компаниялар бизнесті қалай жүргізу керектігін қайта қарастыруда. 2018 жылғы статус-кво енді мүмкін болмауы мүмкін. Өндірушілер барған сайын ақылдырақ болып келеді. Көбірек білім қолжетімді, бұл дұрыс өнімді бірінші рет жасау үшін жоғары тиімділік пен өнімділікпен жақсырақ интеллект дегенді білдіреді.