Jedan od ključnih pokretača povećane upotrebe legura titana je široka primjena kompozita od karbonskih vlakana u proizvodnji zrakoplova. Legure titana i kompoziti od ugljičnih vlakana pokazuju izvrsnu kompatibilnost, nudeći ne samo visoku čvrstoću i otpornost na koroziju, već i učinkovito smanjenje težine, što ih čini posebno prikladnima za područja visokog-naprezanja i kritične komponente u kontaktu s kompozitnim materijalima. Međutim, ovo povećanje upotrebe legure titana predstavlja dvostruki izazov za proizvođače zrakoplova: prvo, legure titana su metali visoke -vrijednosti, a tradicionalni procesi kovanja rezultiraju izuzetno niskim iskorištenjem materijala, s do 80% do 95% sirovina koje se potencijalno rasipaju tijekom strojne obrade, što predstavlja izazov težnji zrakoplovne industrije ka ekonomičnoj proizvodnji i održivom razvoju. Drugo, stalna optimizacija performansi zrakoplova sve se više oslanja na učinkovitiji i lakši konstrukcijski dizajn, dok se tradicionalni proizvodni procesi često suočavaju s ograničenjima poput visokih troškova, dugog vremena isporuke ili tehničke neizvedivosti pri postizanju složenih integriranih struktura. Dakle, postoji li proizvodna metoda koja može istodobno riješiti hitan problem materijalnog otpada i otključati budući potencijal složenih konstrukcijskih dizajna? Airbus, proizvođač zrakoplova, odgovorio je na ova pitanja svojom aditivnom proizvodnom tehnologijom-usmjerenog taloženja energije (w-DED), koju prakticira mnogo godina.
Kako w-DED funkcionira?
Airbus objašnjava da tehnologija koristi robotsku ruku s više-osa opremljenu žicom od legure titana, koja se pomiče precizno prema digitalnom modelu. Fokusiranjem energije poput laserskih, plazma ili elektronskih zraka na žicu, ona se trenutno topi i taloži sloj po sloj na podlogu. Naizgled, proces nalikuje zavarivanju, ali ga zapravo u potpunosti kontrolira tro-dimenzionalni model, sposoban "ispisati" materijal odozdo prema gore u tako-"prazni dio". Ovaj prazan dio je već vrlo blizu konačnog željenog oblika, postižući stanje "skoro-neto-oblika", a potrebna je samo brza završna obrada kako bi se ispunili zahtjevi preciznih dimenzija dijela.
Otključavanje potencijala konstrukcijskih komponenti od legure titana za velike zrakoplove
Otključavanje potencijala konstrukcijskih komponenti od legure titana za velike zrakoplove
Iako se metalna 3D tehnologija ispisa koristi u području zrakoplovstva već desetak godina, prije je prvenstveno bila ograničena na male dijelove. Sustavi 3D ispisa "powder bed" obično se koriste za proizvodnju dijelova kraćih od 60 centimetara (oko dvije stope). Nasuprot tome, w-DED tehnologija omogućila je Airbusu da prevlada ograničenja veličine, proizvodeći velike konstrukcijske komponente od legure titana duljine do sedam metara (preko 23 stope). Novi proces obećava brzinu proizvodnje od nekoliko kilograma materijala na sat. To omogućuje industrijsku-veliku-proizvodnju tehnologije 3D ispisa za konstrukcijske komponente velikih komercijalnih zrakoplova.
Pomaže u smanjenju otpada od sirovina titana
U današnjoj potrazi za održivom i ekonomičnom proizvodnjom, tradicionalni procesi kovanja teško ispunjavaju zahtjeve stroge kontrole troškova i učinkovitosti resursa proizvođača zrakoplova. Jedan od ključnih razloga zašto je Airbus uveo DED aditivnu proizvodnju je izbjegavanje materijalnog otpada tijekom obrade od samog početka. To je zato što se u DED aditivnoj proizvodnji dijelovi uzgajaju sloj-po-sloj u gotovo-neto-obliku, vrlo nalik konačnom dizajnu oblika, zahtijevajući samo minimalnu naknadnu strojnu obradu.
Poboljšanje agilnosti razvoja zrakoplova
Tradicionalni procesi kovanja zahtijevaju proizvodnju velikih, složenih kalupa, proces koji može potrajati i do dvije godine i zahtijeva značajna ulaganja unaprijed. Nasuprot tome, oblik 3D-isprintanih dijelova u potpunosti definiraju računalni programi, smanjujući cikluse isporuke na samo nekoliko tjedana. Agilnost koju nudi w-DED posebno je korisna za neometanu i pravovremenu proizvodnju prvog prototipa-čak i dok se detaljni dizajni još uvijek fino-podešavaju i optimiziraju, tehnologija podržava brzo ponavljanje fizičkih komponenti sve dok cijeli zrakoplov ne uđe u konačno sklapanje.
Prva provjera valjanosti u proizvodnji A350
Airbus je nedavno započeo integraciju masovne proizvodnje velikih komponenti proizvedenih korištenjem w-DED tehnologije u perimetralnu strukturu prtljažnih vrata zrakoplova A350. U ovoj istraživačkoj fazi, ove specifične dijelove, koje je dizajnirao Airbus, kvalificirani dobavljači tiskaju pomoću tehnologije plazma w-DED, zatim ih testira ultrazvučno Testia Bremen, i konačno dorađuju i sastavljaju u Airbusovim vlastitim tvornicama. Ovi su dijelovi funkcionalno i geometrijski identični tradicionalnim kovanim dijelovima koje zamjenjuju, ali su postigli značajne uštede troškova. Gledajući unaprijed, Airbus planira koristiti w{7}}DED komponente A350 kao početnu točku za postupno proširenje ove tehnologije na druge projekte i kritičnije dijelove zrakoplova (dugoročno, uključujući krila i stajni trap).
Dizajniran za DED
Što je još važnije, ova je tehnologija dovela do novog koncepta "dizajniran za DED". Inženjeri više ne moraju rastavljati složene komponente na više neovisnih dijelova za odvojenu proizvodnju i montažu; umjesto toga, mogu ih dizajnirati kao jednu, strukturno optimiziranu integriranu komponentu i ispisati ih u jednom potezu. Ova mogućnost integriranja više dijelova u jednu komponentu učinkovito će pojednostaviti lanac opskrbe, smanjiti korake sklapanja i skratiti proizvodne cikluse, čime će se u potpunosti ostvariti potencijal sljedeće-generacije zrakoplova koji se temelji na konceptima 3D dizajna.
Promicanje primjene ključnih komponenti u proizvodnji
Trenutno Airbus i njegovi partneri čine velike korake u prikupljanju iskustva u proizvodnji ključnih komponenti koristeći w-DED (wafer-to-find) 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 ispisa s vanjskim proizvođačima) i "-kućne proizvodnje" (interna proizvodnja). Nadalje, ova će tehnologija biti standardizirana na razini Airbus grupe kako bi se osigurala njezina primjena i promicanje u cijeloj tvrtki.
Sustavno unapređenje logike plovidbenosti
Najviše vremena{0}}i izazovan aspekt certificiranja plovidbenosti je prepoznavanje sigurnosti, odnosno kako dokazati da su materijali sigurni. Industrija proizvodnje međunarodnog civilnog zrakoplovstva skupila je iskustvo kroz dugogodišnju praksu. Kada spominjemo certifikaciju plovidbenosti, zapravo mislimo na certifikaciju dijelova zrakoplova, koja uključuje tri aspekta: materijale, procese i dizajn. Dodatna proizvodnja-Tehnologija 3D ispisa-uključuje sva tri elementa. Prvo, aditivna proizvodnja je proces proizvodnje. U međuvremenu, maksimiziranje vrijednosti ove tehnologije zahtijeva dizajn za aditivnu proizvodnju. Korištenje novih materijala u aditivnoj proizvodnji dijelova dodaje još jedan element koji zahtijeva provjeru sigurnosti. Stoga je najsigurniji pristup ovaj problem rješavati korak po korak, minimizirajući rizike. Airbusov pristup proizvodnji DED aditiva od legure titana odražava logiku plovidbenosti u "tri-koraka" o kojoj je bilo riječi u intervjuu iznad. Prvo, počevši od sekundarnih konstrukcija-nosivih tereta kao što su teretna vrata A350, provjerena je pouzdanost samog procesa w-DED uz zadržavanje nepromijenjenih materijala i dizajna. Zatim se postupno proširio na primarne{20}}nosive strukture, promičući optimizaciju "dizajniranu za DED." Trenutačno je fokus na otključavanju potencijala tradicionalnih materijala s novim procesima, umjesto da se istovremeno izazovu potpuno novi putevi u materijalima, procesima i dizajnu. Ovaj postupni,-kontrolirani pristup rizika ne samo da odražava nužan ritam u industrijalizaciji, već također otkriva bit aditivne proizvodnje za zrakoplove-to nije samo tehnološka inovacija, već i sustavni projekt "izgradnje povjerenja". Kako transformirati tehnološku inovaciju u pouzdanu vrijednost koja se može certificirati i masovno proizvoditi unutar okvira plovidbenosti, te temeljnog vremenskog rasporeda, stratifikacije rizika i logike verifikacije, možda je više vrijedno dubljeg razmatranja industrije nego specifični tehnički detalji.