Neffens SmarTech, in advisearjend bedriuw foar produksjetechnology, is de loftfeartsektor de twadde grutste yndustry dy't betsjinne wurdt troch additive manufacturing (AM), allinich twadde nei medisinen. D'r is lykwols noch in gebrek oan bewustwêzen oer it potinsjeel fan additive manufacturing fan keramyske materialen yn 'e rappe produksje fan loftfeartkomponinten, ferhege fleksibiliteit en kosten-effektiviteit. AM kin sterkere en lichtere keramyske ûnderdielen rapper en duorsumer produsearje - wêrtroch arbeidskosten wurde fermindere, hânmjittige gearstalling minimalisearre wurdt, en effisjinsje en prestaasjes wurde ferbettere troch ûntwerp ûntwikkele troch modellering, wêrtroch it gewicht fan it fleantúch wurdt fermindere. Derneist biedt additive manufacturing keramyske technology dimensjonele kontrôle fan ôfmakke ûnderdielen foar funksjes lytser as 100 mikron.
It wurd keramyk kin lykwols it misbegryp fan brosheid oproppe. Eins produseart tafoegingsprodusearre keramyk lichtere, finer ûnderdielen mei grutte strukturele sterkte, taaiheid en wjerstân tsjin in breed temperatuerberik. Foarútstribjende bedriuwen keare har ta keramyske produksjekomponinten, ynklusyf nozzles en propellers, elektryske isolatoaren en turbineblêden.
Bygelyks, aluminiumoxide mei hege suverens hat in hege hurdens, en hat in sterke korrosjebestriding en temperatuerberik. Komponinten makke fan aluminiumoxide binne ek elektrysk isolearjend by de hege temperatueren dy't gewoan binne yn loftfeartsystemen.
Keramyk op basis fan zirkoniumdiokside kin foldwaan oan in protte tapassingen mei ekstreme materiaaleasken en hege meganyske stress, lykas hege-ein metaalfoarmjen, kleppen en lagers. Silisiumnitride-keramyk hat hege sterkte, hege taaiheid en poerbêste termyske skokbestindigens, lykas goede gemyske wjerstân tsjin de korrosje fan in ferskaat oan soeren, alkaliën en smelte metalen. Silisiumnitride wurdt brûkt foar isolatoaren, impellers en hege-temperatuer leech-diëlektryske antennes.
Kompositkeramyk biedt ferskate winsklike kwaliteiten. Keramyk op basis fan silisium, tafoege mei aluminiumoxide en sirkon, hat bliken dien goed te prestearjen by de fabrikaazje fan ienkristallen jitten foar turbineblêden. Dit komt om't de keramykkearn makke fan dit materiaal in heul lege termyske útwreiding hat oant 1.500 °C, hege porositeit, poerbêste oerflakkwaliteit en goede útloochberens. It printsjen fan dizze kearnen kin turbine-ûntwerpen produsearje dy't hegere wurktemperatueren kinne ferneare en de motoreffisjinsje ferheegje.
It is wolbekend dat ynjeksjefoarmjen of ferwurkjen fan keramyk tige lestich is, en ferwurkjen biedt beheinde tagong ta de ûnderdielen dy't makke wurde. Eigenskippen lykas tinne muorren binne ek lestich te ferwurkjen.
Lithoz brûkt lykwols litografy-basearre keramykproduksje (LCM) om presys, kompleksfoarmige 3D keramyske komponinten te produsearjen.
Begjinnende fan it CAD-model wurde de detaillearre spesifikaasjes digitaal oerdroegen nei de 3D-printer. Dêrnei wurdt it presys formulearre keramyske poeier oanbrocht op 'e boppekant fan it transparante vat. It beweechbere bouplatfoarm wurdt ûnderdompele yn 'e modder en dan selektyf bleatsteld oan sichtber ljocht fan ûnderen. De laachôfbylding wurdt generearre troch in digitaal mikrospegelapparaat (DMD) keppele oan it projeksjesysteem. Troch dit proses te werheljen kin in trijediminsjonaal grien ûnderdiel laach foar laach generearre wurde. Nei termyske neibehanneling wurdt it bindemiddel fuorthelle en wurde de griene ûnderdielen sintere - kombinearre troch in spesjaal ferwaarmingsproses - om in folslein ticht keramysk ûnderdiel te produsearjen mei poerbêste meganyske eigenskippen en oerflakkwaliteit.
LCM-technology biedt in ynnovatyf, kosteneffektyf en rapper proses foar ynvestearringsgieten fan turbinemotorkomponinten - wêrby't de djoere en arbeidsume foarmproduksje dy't nedich is foar ynjeksjegieten en ferlern waaksgieten oerslein wurdt.
LCM kin ek ûntwerpen berikke dy't net mei oare metoaden berikt wurde kinne, wylst folle minder grûnstoffen brûkt wurde as oare metoaden.
Nettsjinsteande it grutte potinsjeel fan keramyske materialen en LCM-technology, is der noch in gat tusken AM orizjinele apparatuerfabrikanten (OEM) en loftfeartûntwerpers.
Ien reden kin ferset wêze tsjin nije produksjemetoaden yn yndustryen mei bysûnder strange feiligens- en kwaliteitseasken. Loftfeartproduksje fereasket in protte ferifikaasje- en kwalifikaasjeprosessen, lykas yngeande en strang testen.
In oar obstakel is de oertsjûging dat 3D-printsjen benammen allinich geskikt is foar ienmalige rappe prototyping, ynstee fan alles dat yn 'e loft brûkt wurde kin. Dit is wer in misferstân, en 3D-printe keramyske ûnderdielen hawwe bewiisd brûkt te wurden yn massaproduksje.
In foarbyld is de fabrikaazje fan turbineblêden, dêr't it AM-keramykproses ienkristal (SX) kearnen produseart, lykas rjochtingsferhurding (DS) en lykweardige jitten (EX) superlegering turbineblêden. Kearnen mei komplekse tûkestrukturen, meardere muorren en efterste rânen fan minder as 200 μm kinne fluch en ekonomysk produsearre wurde, en de definitive komponinten hawwe in konsekwinte dimensjonele krektens en in poerbêste oerflakteôfwerking.
Ferbetterjen fan kommunikaasje kin ûntwerpers fan loftfeart en AM OEM's byinoar bringe en folslein fertrouwe op keramyske komponinten dy't produsearre binne mei LCM en oare technologyen. Technology en ekspertize besteane. It moat de manier fan tinken feroarje fan AM nei R&D en prototyping, en it sjen as de wei foarút foar grutskalige kommersjele tapassingen.
Neist ûnderwiis kinne loftfeartbedriuwen ek tiid ynvestearje yn personiel, technyk en testen. Fabrikanten moatte bekend wêze mei ferskate noarmen en metoaden foar it evaluearjen fan keramyk, net metalen. Bygelyks, de twa wichtige ASTM-noarmen fan Lithoz foar strukturele keramyk binne ASTM C1161 foar sterktetesten en ASTM C1421 foar taaiheidstesten. Dizze noarmen jilde foar keramyk produsearre mei alle metoaden. Yn keramyk tafoeging is de printstap gewoan in foarmingsmetoade, en de ûnderdielen ûndergeane itselde type sinterjen as tradisjonele keramyk. Dêrom sil de mikrostruktuer fan keramyske ûnderdielen tige ferlykber wêze mei konvinsjonele ferwurking.
Op basis fan 'e trochgeande foarútgong fan materialen en technology kinne wy ​​mei fertrouwen sizze dat ûntwerpers mear gegevens krije sille. Nije keramyske materialen sille ûntwikkele en oanpast wurde neffens spesifike technyske behoeften. Dielen makke fan AM-keramyk sille it sertifikaasjeproses foltôgje foar gebrûk yn 'e loftfeart. En sille bettere ûntwerpark leverje, lykas ferbettere modellearsoftware.
Troch gearwurking mei technyske saakkundigen yn LCM kinne loftfeartbedriuwen AM-keramykprosessen yntern yntrodusearje - wêrtroch't de tiid koarter wurdt, de kosten leger wurde en kânsen ûntsteane foar de ûntwikkeling fan it eigen yntellektueel eigendom fan it bedriuw. Mei foarsichtigens en langetermynplanning kinne loftfeartbedriuwen dy't ynvestearje yn keramyktechnology yn 'e kommende tsien jier en dêrnei wichtige foardielen rispje yn har heule produksjeportfolio.
Troch in gearwurking mei AM Ceramics oan te gean, sille fabrikanten fan orizjinele apparatuer foar de loftfeart komponinten produsearje dy't earder ûnfoarstelber wiene.
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 sil prate oer de swierrichheden fan it effektyf kommunisearjen fan de foardielen fan keramyske additive produksje op 'e Ceramics Expo yn Cleveland, Ohio op 1 septimber 2021.
Hoewol't de ûntwikkeling fan hypersonyske flechtsystemen al tsientallen jierren bestiet, is it no de topprioriteit wurden fan 'e Amerikaanske nasjonale ferdigening, wêrtroch't dit fjild yn in steat fan rappe groei en feroaring komt. As in unyk multidissiplinêr fjild is de útdaging om saakkundigen te finen mei de nedige feardigens om de ûntwikkeling derfan te befoarderjen. As der lykwols net genôch saakkundigen binne, ûntstiet der in ynnovaasjekloof, lykas it earst pleatsen fan ûntwerp foar produsearberens (DFM) yn 'e R&D-faze, en dan in produksjekloof te feroarjen as it te let is om kosten-effektive feroarings oan te bringen.
Alliânsjes, lykas de nij oprjochte University Alliance for Applied Hypersonics (UCAH), biede in wichtige omjouwing foar it kultivearjen fan de talinten dy't nedich binne om it fjild foarút te helpen. Studinten kinne direkt gearwurkje mei universiteitsûndersikers en professionals út 'e yndustry om technology te ûntwikkeljen en kritysk hypersonysk ûndersyk te befoarderjen.
Hoewol UCAH en oare ferdigeningskonsortia leden autorisearre hawwe om út te fieren yn in ferskaat oan yngenieursbanen, moat der mear wurk dien wurde om ferskate en erfarne talinten te kultivearjen, fan ûntwerp oant materiaalûntwikkeling en seleksje oant produksjeworkshops.
Om mear duorsume wearde yn it fjild te bieden, moat de universiteitsaldiïnsje fan personielsûntwikkeling in prioriteit meitsje troch ôf te stimmen op 'e behoeften fan' e yndustry, leden te belûken by yndustry-passend ûndersyk en te ynvestearjen yn it programma.
By it transformearjen fan hypersonyske technology yn grutskalige produsearbere projekten, is de besteande tekoart oan feardigens yn technyk en produksje de grutste útdaging. As ier ûndersyk dizze passend neamde deadelling - de kloof tusken R&D en produksje, en in protte ambisjeuze projekten binne mislearre - net oerstekke, dan hawwe wy in tapasbere en útfierbere oplossing ferlern.
De Amerikaanske produksje-yndustry kin de supersonyske snelheid fersnelle, mar it risiko fan efterop reitsjen is dat de grutte fan 'e arbeidskrêft útwreide wurdt om dêrmei oerien te kommen. Dêrom moatte de oerheid en universiteitsûntwikkelingskonsortia gearwurkje mei fabrikanten om dizze plannen yn 'e praktyk te bringen.
De yndustry hat feardigenstekoarten meimakke, fan produksjewurkpleatsen oant yngenieurslaboratoria - dizze tekoarten sille allinich mar grutter wurde as de hypersonyske merk groeit. Opkommende technologyen fereaskje in opkommende arbeidskrêft om kennis op dit mêd út te wreidzjen.
Hypersonysk wurk omfettet ferskate wichtige gebieten fan ferskate materialen en struktueren, en elk gebiet hat syn eigen set technyske útdagings. Se fereaskje in hege nivo fan detaillearre kennis, en as de fereaske ekspertize net bestiet, kin dit obstakels foar ûntwikkeling en produksje skeppe. As wy net genôch minsken hawwe om it wurk te ûnderhâlden, sil it ûnmooglik wêze om by te bliuwen mei de fraach nei hege-snelheidsproduksje.
Bygelyks, wy hawwe minsken nedich dy't it einprodukt bouwe kinne. UCAH en oare konsortia binne essensjeel om moderne produksje te befoarderjen en te soargjen dat studinten dy't ynteressearre binne yn 'e rol fan produksje derby belutsen wurde. Troch cross-funksjonele tawijde personielsûntwikkelingsynspanningen sil de yndustry yn 'e kommende jierren in konkurrinsjefoardiel behâlde kinne yn hypersonyske flechtplannen.
Troch it oprjochtsjen fan UCAH skept it Ministearje fan Definsje in kâns om in mear rjochte oanpak te nimmen foar it bouwen fan kapasiteiten op dit mêd. Alle koälysjeleden moatte gearwurkje om de niche-kapasiteiten fan 'e studinten op te lieden, sadat wy it momentum fan ûndersyk kinne opbouwe en behâlde en útwreidzje om de resultaten te produsearjen dy't ús lân nedich hat.
De no sletten NASA Advanced Composites Alliance is in foarbyld fan in suksesfolle ynspanning foar personielsûntwikkeling. De effektiviteit dêrfan is it resultaat fan it kombinearjen fan R&D-wurk mei yndustrybelangen, wêrtroch't ynnovaasje útwreidzje kin yn it heule ûntwikkelingsekosysteem. Yndustrylieders hawwe twa oant fjouwer jier direkt mei NASA en universiteiten oan projekten wurke. Alle leden hawwe profesjonele kennis en ûnderfining ûntwikkele, leard om gear te wurkjen yn in net-kompetitive omjouwing, en studinten begeliede om har te ûntwikkeljen om wichtige spilers yn 'e yndustry yn' e takomst te koesterjen.
Dit soarte fan personielsûntwikkeling follet gatten yn 'e sektor en biedt kânsen foar lytse bedriuwen om fluch te ynnovearjen en it fjild te diversifiëren om fierdere groei te berikken, wat geunstich is foar Amerikaanske nasjonale feiligens- en ekonomyske feiligensinisjativen.
Universiteitsalliânsjes, ynklusyf UCAH, binne wichtige aktiva yn it hypersonyske fjild en definsje-yndustry. Hoewol har ûndersyk opkommende ynnovaasjes befoardere hat, leit har grutste wearde yn har fermogen om ús folgjende generaasje personiel op te lieden. It konsortium moat no prioriteit jaan oan ynvestearrings yn sokke plannen. Troch dit te dwaan kinne se helpe om it súkses op lange termyn fan hypersonyske ynnovaasje te befoarderjen.
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.
Fabrikanten fan komplekse, heechtechnysk yngenieursprodukten (lykas fleantúchûnderdielen) binne elke kear wer ynsette foar perfeksje. Der is gjin romte foar manoeuvre.
Omdat fleantúchproduksje ekstreem kompleks is, moatte fabrikanten it kwaliteitsproses sekuer beheare, mei in soad omtinken foar elke stap. Dit fereasket in yngeand begryp fan hoe't jo dynamyske produksje-, kwaliteits-, feiligens- en leveringsketenproblemen beheare en oanpasse kinne, wylst jo foldogge oan regeljouwingseasken.
Omdat in protte faktoaren ynfloed hawwe op de levering fan produkten fan hege kwaliteit, is it lestich om komplekse en faak feroarjende produksjeopdrachten te behearjen. It kwaliteitsproses moat dynamysk wêze yn elk aspekt fan ynspeksje en ûntwerp, produksje en testen. Mei tank oan Industry 4.0-strategyen en moderne produksjeoplossingen binne dizze kwaliteitsútdagings makliker te behearjen en te oerwinnen wurden.
De tradisjonele fokus fan fleantúchproduksje hat altyd op materialen lein. De boarne fan de measte kwaliteitsproblemen kin brosbreuk, korrosje, metaalwurgens of oare faktoaren wêze. De hjoeddeiske fleantúchproduksje omfettet lykwols avansearre, heechûntwurpen technologyen dy't bestendige materialen brûke. Produktkreëarring brûkt heechspesjalisearre en komplekse prosessen en elektroanyske systemen. Algemiene softwareoplossingen foar operaasjebehear kinne miskien net langer ekstreem komplekse problemen oplosse.
Komplekser ûnderdielen kinne kocht wurde fan 'e wrâldwide leveringsketen, dus moat der mear omtinken jûn wurde oan it yntegrearjen dêrfan yn it heule gearstallingsproses. Unwissichheid bringt nije útdagings mei foar de sichtberens fan 'e leveringsketen en kwaliteitsbehear. It garandearjen fan 'e kwaliteit fan safolle ûnderdielen en ôfmakke produkten fereasket bettere en mear yntegreare kwaliteitsmetoaden.
Yndustry 4.0 stiet foar de ûntwikkeling fan 'e produksje-yndustry, en hieltyd mear avansearre technologyen binne nedich om te foldwaan oan strange kwaliteitseasken. Stipetechnologyen omfetsje it Yndustrieel Ynternet fan Dingen (IIoT), digitale threads, augmented reality (AR) en foarsizzende analyses.
Kwaliteit 4.0 beskriuwt in gegevensgestuurde kwaliteitsmetoade foar it produksjeproses dy't produkten, prosessen, planning, neilibjen en noarmen omfettet. It is boud op tradisjonele kwaliteitsmetoaden ynstee fan se te ferfangen, en brûkt in protte fan deselde nije technologyen as syn yndustriële tsjinhingers, ynklusyf masinelearen, ferbûne apparaten, cloud computing en digitale twillingen om de workflow fan 'e organisaasje te transformearjen en mooglike produkt- of prosesdefekten te eliminearjen. De opkomst fan Kwaliteit 4.0 wurdt ferwachte de wurkpleatskultuer fierder te feroarjen troch de ôfhinklikens fan gegevens te fergrutsjen en in djipper gebrûk fan kwaliteit as ûnderdiel fan 'e algemiene metoade foar it meitsjen fan produkten.
Kwaliteit 4.0 yntegreart operasjonele en kwaliteitsfersekering (QA) problemen fan it begjin oant de ûntwerpfaze. Dit omfettet hoe't produkten konseptuële en ûntwerpe moatte wurde. Resinte resultaten fan yndustryûndersiken jouwe oan dat de measte merken gjin automatisearre ûntwerpoerdrachtproses hawwe. It hânmjittige proses lit romte foar flaters, of it no in ynterne flater is of it kommunisearjen fan ûntwerp en feroarings yn 'e supply chain.
Neist ûntwerp brûkt Quality 4.0 ek proses-sintraal masinelearen om ôffal te ferminderjen, opnij te bewurkjen en produksjeparameters te optimalisearjen. Derneist lost it ek problemen mei produktprestaasjes op nei levering, brûkt feedback op lokaasje om produktsoftware op ôfstân te aktualisearjen, behâldt klanttefredenheid en soarget úteinlik foar werhelle saken. It wurdt in ûnskiedbere partner fan Industry 4.0.
Kwaliteit is lykwols net allinich fan tapassing op selektearre produksjeskeppels. De ynklúziviteit fan Kwaliteit 4.0 kin in wiidweidige kwaliteitsbenadering yn produksjeorganisaasjes ynbringe, wêrtroch't de transformaasjekrêft fan gegevens in yntegraal ûnderdiel wurdt fan bedriuwsdenken. Neilibjen op alle nivo's fan 'e organisaasje draacht by oan 'e foarming fan in algemiene kwaliteitskultuer.
Gjin produksjeproses kin yn 100% fan 'e tiid perfekt rinne. Feroarjende omstannichheden triggerje ûnfoarsjoene barrens dy't remediaasje fereaskje. Dyjingen dy't ûnderfining hawwe mei kwaliteit begripe dat it allegear giet om it proses fan it bewegen nei perfeksje. Hoe soargje jo derfoar dat kwaliteit yn it proses opnommen is om problemen sa betiid mooglik te detektearjen? Wat sille jo dwaan as jo it defekt fine? Binne d'r eksterne faktoaren dy't dit probleem feroarsaakje? Hokker feroarings kinne jo meitsje oan it ynspeksjeplan of de testproseduere om te foarkommen dat dit probleem wer foarkomt?
Stel in mentaliteit fêst dat elk produksjeproses in relatearre en relatearre kwaliteitsproses hat. Stel jo in takomst foar wêr't in ien-op-ien relaasje is en konstant kwaliteit mjit. Wat der ek willekeurich bart, perfekte kwaliteit kin berikt wurde. Elk wurksintrum beoardielet yndikatoaren en wichtige prestaasje-yndikatoaren (KPI's) op deistige basis om gebieten foar ferbettering te identifisearjen foardat problemen foarkomme.
Yn dit sletten-loop systeem hat elk produksjeproses in kwaliteitsynferinsje, dy't feedback jout om it proses te stopjen, it proses trochgean te litten, of oanpassingen yn realtime te meitsjen. It systeem wurdt net beynfloede troch wurgens of minsklike flaters. In sletten-loop kwaliteitssysteem ûntworpen foar fleantúchproduksje is essensjeel om hegere kwaliteitsnivo's te berikken, syklustiden te ferkoartjen en te soargjen foar neilibjen fan AS9100-noarmen.
Tsien jier lyn wie it idee om QA te fokusjen op produktûntwerp, merkûndersyk, leveransiers, produkttsjinsten of oare faktoaren dy't ynfloed hawwe op klanttefredenheid ûnmooglik. Produktûntwerp wurdt begrepen as ôfkomstich fan in hegere autoriteit; kwaliteit giet oer it útfieren fan dizze ûntwerpen op 'e gearstallingsline, nettsjinsteande har tekoartkommingen.
Tsjintwurdich tinke in protte bedriuwen opnij nei oer hoe't se saken dwaan moatte. De status quo yn 2018 is miskien net mear mooglik. Steeds mear fabrikanten wurde tûker en tûker. Mear kennis is beskikber, wat betsjut bettere yntelliginsje om it juste produkt yn 'e earste kear te bouwen, mei hegere effisjinsje en prestaasjes.