Numutkeun SmarTech, perusahaan konsultan téknologi manufaktur, aerospace mangrupikeun industri kadua panggedéna anu dilayanan ku manufaktur aditif (AM), kadua saatos ubar. Nanging, masih kurangna kasadaran ngeunaan poténsi manufaktur aditif bahan keramik dina manufaktur komponén aerospace anu gancang, ningkatkeun kalenturan sareng efektivitas biaya. AM tiasa ngahasilkeun bagian keramik anu langkung kuat sareng langkung hampang langkung gancang sareng langkung lestari - ngirangan biaya tenaga kerja, ngaminimalkeun perakitan manual, sareng ningkatkeun efisiensi sareng kinerja ngalangkungan desain anu dikembangkeun ku modél, sahingga ngirangan beurat pesawat. Salaku tambahan, téknologi keramik manufaktur aditif nyayogikeun kontrol diménsi bagian anu réngsé pikeun fitur anu langkung alit tibatan 100 mikron.
Nanging, kecap keramik tiasa nimbulkeun kasalahpahaman ngeunaan gampang rapuh. Kanyataanna, keramik anu didamel tina aditif ngahasilkeun bagian anu langkung hampang sareng langkung lemes kalayan kakuatan struktural anu saé, kateguhan, sareng résistansi kana kisaran suhu anu lega. Perusahaan anu ningali ka hareup nuju ngalih ka komponén manufaktur keramik, kalebet nozzle sareng baling-baling, insulator listrik sareng bilah turbin.
Contona, alumina anu mibanda kamurnian luhur mibanda karasana anu luhur, sarta mibanda résistansi korosi sarta rentang suhu anu kuat. Komponén anu dijieun tina alumina ogé ngaisolasi sacara listrik dina suhu anu luhur anu umum dina sistem aerospace.
Keramik basis zirkonia tiasa nyumponan seueur aplikasi kalayan sarat bahan anu ekstrim sareng setrés mékanis anu luhur, sapertos cetakan logam kelas luhur, klep sareng bantalan. Keramik silikon nitrida gaduh kakuatan anu luhur, kateguhan anu luhur sareng résistansi kejut termal anu saé, ogé résistansi kimia anu saé pikeun korosi rupa-rupa asam, alkali sareng logam cair. Silikon nitrida dianggo pikeun insulator, impeller, sareng anteneu dielektrik rendah suhu luhur.
Keramik komposit nyadiakeun sababaraha kualitas anu dipikahoyong. Keramik basis silikon anu ditambahkeun ku alumina sareng zirkon parantos kabuktian tiasa dianggo kalayan saé dina pembuatan coran kristal tunggal pikeun bilah turbin. Ieu kusabab inti keramik anu didamel tina bahan ieu ngagaduhan ékspansi termal anu handap pisan dugi ka 1.500°C, porositas anu luhur, kualitas permukaan anu saé sareng leachability anu saé. Nyetak inti ieu tiasa ngahasilkeun desain turbin anu tiasa tahan suhu operasi anu langkung luhur sareng ningkatkeun efisiensi mesin.
Geus dipikanyaho umum yén prosés nyetak atawa ngolah keramik téh hésé pisan, sarta prosés ngolah méré aksés ka komponén anu keur dijieun sacara kawates. Fitur-fitur saperti témbok ipis ogé hésé diolah.
Nanging, Lithoz nganggo manufaktur keramik berbasis litografi (LCM) pikeun ngadamel komponén keramik 3D anu presisi sareng bentukna rumit.
Dimimitian tina modél CAD, spésifikasi anu lengkep ditransfer sacara digital ka printer 3D. Teras oleskeun bubuk keramik anu diformulasikeun sacara tepat kana luhur wadah transparan. Platform konstruksi anu tiasa dipindahkeun dicelupkeun kana leutak teras dipilih pikeun kakeunaan cahaya anu katingali ti handap. Gambar lapisan dihasilkeun ku alat mikro-eunteung digital (DMD) anu digabungkeun sareng sistem proyéksi. Ku ngulang prosés ieu, bagian héjo tilu diménsi tiasa dihasilkeun lapisan demi lapisan. Saatos perlakuan termal, pangiket dicabut sareng bagian héjo disinter-digabungkeun ku prosés pemanasan khusus-pikeun ngahasilkeun bagian keramik anu padet pisan kalayan sipat mékanis sareng kualitas permukaan anu saé.
Téhnologi LCM nyadiakeun prosés anu inovatif, hemat biaya, sareng langkung gancang pikeun investasi pengecoran komponén mesin turbin—ngalangkungan manufaktur kapang anu mahal sareng rumit anu diperyogikeun pikeun pencetakan injeksi sareng pengecoran lilin anu leungit.
LCM ogé tiasa ngahontal desain anu teu tiasa kahontal ku metode sanés, bari nganggo bahan baku anu langkung sakedik tibatan metode sanés.
Sanaos aya poténsi anu ageung tina bahan keramik sareng téknologi LCM, masih aya jurang antara produsén peralatan asli AM (OEM) sareng désainer aerospace.
Salah sahiji alesanna nyaéta résistansi kana metode manufaktur anyar dina industri anu gaduh sarat kaamanan sareng kualitas anu ketat pisan. Manufaktur dirgantara meryogikeun seueur prosés verifikasi sareng kualifikasi, ogé uji coba anu lengkep sareng ketat.
Halangan séjénna nyaéta kayakinan yén percetakan 3D utamina ngan cocog pikeun prototipe gancang sakali, tinimbang naon waé anu tiasa dianggo di udara. Sakali deui, ieu mangrupikeun kasalahpahaman, sareng komponén keramik anu dicitak 3D parantos kabuktosan dianggo dina produksi massal.
Contona nyaéta pabrikasi bilah turbin, dimana prosés keramik AM ngahasilkeun inti kristal tunggal (SX), ogé bilah turbin superalloy solidifikasi arah (DS) sareng equiaxed casting (EX). Inti kalayan struktur cabang anu rumit, sababaraha témbok sareng ujung anu ngagulung kirang ti 200μm tiasa dihasilkeun gancang sareng ekonomis, sareng komponén ahirna gaduh akurasi diménsi anu konsisten sareng hasil akhir permukaan anu saé pisan.
Ningkatkeun komunikasi tiasa ngahijikeun para désainer aerospace sareng OEM AM sareng percanten pinuh kana komponén keramik anu diproduksi nganggo LCM sareng téknologi sanésna. Téhnologi sareng kaahlian aya. Éta kedah ngarobih cara mikir tina AM pikeun R&D sareng prototipe, sareng ningali éta salaku jalan ka hareup pikeun aplikasi komérsial skala ageung.
Salian ti atikan, perusahaan aerospace ogé tiasa investasi waktos dina personil, rékayasa, sareng uji coba. Pabrikan kedah wawuh sareng standar sareng metode anu béda pikeun meunteun keramik, sanés logam. Salaku conto, dua standar ASTM konci Lithoz pikeun keramik struktural nyaéta ASTM C1161 pikeun uji kakuatan sareng ASTM C1421 pikeun uji kateguhan. Standar ieu lumaku pikeun keramik anu dihasilkeun ku sadaya metode. Dina manufaktur aditif keramik, léngkah percetakan ngan ukur metode pembentukan, sareng bagian-bagianna ngalaman jinis sintering anu sami sareng keramik tradisional. Ku alatan éta, mikrostruktur bagian keramik bakal sami pisan sareng mesin konvensional.
Dumasar kana kamajuan bahan sareng téknologi anu terus-terusan, urang tiasa nyarios kalayan yakin yén para désainer bakal kéngingkeun langkung seueur data. Bahan keramik énggal bakal dikembangkeun sareng disaluyukeun numutkeun kabutuhan rékayasa khusus. Bagian anu didamel tina keramik AM bakal ngalengkepan prosés sertifikasi pikeun dianggo dina aerospace. Sareng bakal nyayogikeun alat desain anu langkung saé, sapertos parangkat lunak modél anu ditingkatkeun.
Ku cara gawé bareng jeung para ahli téknis LCM, pausahaan aerospace bisa ngenalkeun prosés keramik AM sacara internal—ngahemat waktu, ngurangan biaya, sarta nyiptakeun kasempetan pikeun pamekaran hak cipta intelektual pausahaan sorangan. Kalawan wawasan jeung perencanaan jangka panjang, pausahaan aerospace anu investasi dina téknologi keramik bisa meunangkeun kauntungan anu signifikan dina sakabéh portopolio produksi maranéhanana dina sapuluh taun ka hareup jeung saterusna.
Ku cara ngadegkeun gawé bareng jeung AM Ceramics, pabrik peralatan asli dirgantara bakal ngahasilkeun komponén anu samemehna teu bisa dibayangkeun.
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 bakal nyarioskeun kasusah dina ngakomunikasikeun kaunggulan manufaktur aditif keramik sacara efektif di Ceramics Expo di Cleveland, Ohio dina 1 Séptémber 2021.
Sanaos pamekaran sistem penerbangan hipersonik parantos aya salami sababaraha dasawarsa, ayeuna parantos janten prioritas utama pertahanan nasional AS, ngajantenkeun widang ieu kana kaayaan kamekaran sareng parobihan anu gancang. Salaku widang multidisiplin anu unik, tantanganana nyaéta milarian para ahli anu gaduh katerampilan anu diperyogikeun pikeun ngamajukeun pamekaranana. Nanging, nalika teu cekap ahli, éta nyiptakeun celah inovasi, sapertos nempatkeun desain pikeun manufakturabilitas (DFM) heula dina fase R&D, teras janten celah manufaktur nalika parantos telat pikeun ngadamel parobihan anu efektif biaya.
Aliansi, sapertos University Alliance for Applied Hypersonics (UCAH) anu nembé diadegkeun, nyayogikeun lingkungan anu penting pikeun ngokolakeun bakat anu diperyogikeun pikeun ngamajukeun widang ieu. Murid tiasa damel langsung sareng para panaliti universitas sareng profesional industri pikeun ngembangkeun téknologi sareng ngamajukeun panalungtikan hipersonik anu kritis.
Sanaos UCAH sareng konsorsium pertahanan anu sanés parantos ngawenangkeun anggota pikeun ngiringan rupa-rupa padamelan rékayasa, langkung seueur padamelan anu kedah dilakukeun pikeun ngokolakeun bakat anu beragam sareng berpengalaman, ti mimiti desain dugi ka pamekaran sareng pamilihan bahan dugi ka bengkel manufaktur.
Dina raraga nyayogikeun nilai anu langkung awét di lapangan, aliansi universitas kedah ngajantenkeun pamekaran tenaga kerja janten prioritas ku cara nyaluyukeun sareng kabutuhan industri, ngalibetkeun anggota dina panalungtikan anu saluyu sareng industri, sareng investasi dina program éta.
Nalika ngarobah téknologi hipersonik kana proyék manufaktur skala ageung, bédana kaahlian tanaga gawé rékayasa sareng manufaktur anu aya mangrupikeun tantangan panggedéna. Upami panalungtikan awal henteu meuntas lebak maot anu disebatkeun ieu — bédana antara R&D sareng manufaktur, sareng seueur proyék ambisius anu gagal — maka urang kaleungitan solusi anu tiasa diterapkeun sareng réalistis.
Industri manufaktur AS tiasa ngagancangkeun kecepatan supersonik, tapi résiko katinggaleun nyaéta ngalegaan ukuran angkatan kerja supados cocog. Ku alatan éta, pamaréntah sareng konsorsium pamekaran universitas kedah damel bareng sareng pabrik pikeun ngalaksanakeun rencana ieu.
Industri ieu parantos ngalaman lolongkrang kaahlian ti bengkel manufaktur dugi ka laboratorium rékayasa—lolongkrang ieu ngan bakal ngalegaan nalika pasar hipersonik mekar. Téknologi anu muncul meryogikeun tenaga kerja anu muncul pikeun ngalegaan pangaweruh di lapangan.
Padamelan hipersonik ngawengku sababaraha widang konci anu béda-béda tina rupa-rupa bahan sareng struktur, sareng unggal widang ngagaduhan tantangan téknis nyalira. Éta meryogikeun tingkat pangaweruh anu lengkep, sareng upami kaahlian anu diperyogikeun teu aya, ieu tiasa nyiptakeun halangan pikeun pamekaran sareng produksi. Upami urang henteu gaduh cekap jalmi pikeun ngajaga padamelan éta, moal mungkin pikeun ngajaga paménta pikeun produksi kecepatan tinggi.
Contona, urang peryogi jalmi anu tiasa ngawangun produk ahir. UCAH sareng konsorsium sanésna penting pisan pikeun ngamajukeun manufaktur modéren sareng mastikeun yén mahasiswa anu resep kana peran manufaktur kalebet. Ngaliwatan upaya pamekaran tenaga kerja khusus lintas fungsi, industri ieu bakal tiasa ngajaga kaunggulan kompetitif dina rencana penerbangan hipersonik dina sababaraha taun ka payun.
Ku ngadegkeun UCAH, Departemen Pertahanan nyiptakeun kasempetan pikeun ngadopsi pendekatan anu langkung fokus pikeun ngawangun kamampuan dina widang ieu. Sadaya anggota koalisi kedah damel bareng pikeun ngalatih kamampuan khusus mahasiswa supados urang tiasa ngawangun sareng ngajaga moméntum panalungtikan sareng ngalegaanana pikeun ngahasilkeun hasil anu diperyogikeun ku nagara urang.
NASA Advanced Composites Alliance anu ayeuna ditutup mangrupikeun conto upaya pamekaran tenaga kerja anu suksés. Efektivitasna mangrupikeun hasil tina ngagabungkeun padamelan R&D sareng kapentingan industri, anu ngamungkinkeun inovasi pikeun ngalegaan di sakumna ékosistem pamekaran. Pamingpin industri parantos damel langsung sareng NASA sareng universitas dina proyék salami dua dugi ka opat taun. Sadaya anggota parantos ngembangkeun pangaweruh sareng pangalaman profésional, diajar damel bareng dina lingkungan anu henteu kompetitif, sareng ngatik mahasiswa pikeun mekar pikeun ngatik pamaén industri konci di masa depan.
Pangwangunan tanaga kerja jenis ieu ngeusian lolongkrang dina industri ieu sareng nyayogikeun kasempetan pikeun usaha alit pikeun gancang berinovasi sareng ngadiversifikasi widangna pikeun ngahontal langkung seueur anu kondusif kana kamekaran pikeun inisiatif kaamanan nasional sareng kaamanan ékonomi AS.
Aliansi universitas kalebet UCAH mangrupikeun aset penting dina widang hipersonik sareng industri pertahanan. Sanaos panalungtikanana parantos ngamajukeun inovasi anu muncul, nilai panggedéna aya dina kamampuanana pikeun ngalatih generasi tenaga kerja urang salajengna. Konsorsium ayeuna kedah ngutamakeun investasi dina rencana sapertos kitu. Ku cara kitu, aranjeunna tiasa ngabantosan ngadukung kasuksésan jangka panjang inovasi hipersonik.
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.
Pabrik produk anu rumit sareng direkayasa pisan (sapertos komponén pesawat) berkomitmen kana kasampurnaan unggal waktos. Teu aya rohangan pikeun manuver.
Kusabab produksi pesawat téh rumit pisan, pabrik kudu ati-ati ngatur prosés kualitas, merhatikeun unggal léngkahna. Ieu merlukeun pamahaman anu jero ngeunaan kumaha ngatur sareng adaptasi kana produksi dinamis, kualitas, kaamanan, sareng masalah ranté suplai bari nyumponan sarat pangaturan.
Kusabab seueur faktor anu mangaruhan pangiriman produk anu kualitasna luhur, hésé pikeun ngatur pesenan produksi anu rumit sareng sering robih. Prosés kualitas kedah dinamis dina unggal aspék pamariksaan sareng desain, produksi sareng uji coba. Hatur nuhun kana strategi Industri 4.0 sareng solusi manufaktur modéren, tantangan kualitas ieu janten langkung gampang diurus sareng diatasi.
Fokus tradisional produksi pesawat salawasna aya dina bahan. Sumber tina kalolobaan masalah kualitas tiasa janten retakan anu rapuh, korosi, kacapean logam, atanapi faktor sanésna. Nanging, produksi pesawat ayeuna kalebet téknologi canggih anu direkayasa pisan anu nganggo bahan anu tahan. Nyiptakeun produk nganggo prosés sareng sistem éléktronik anu khusus pisan sareng rumit. Solusi parangkat lunak manajemen operasi umum panginten henteu tiasa deui ngarengsekeun masalah anu rumit pisan.
Bagian anu langkung rumit tiasa dipésér tina ranté suplai global, janten langkung seueur pertimbangan kedah dipasihkeun pikeun ngahijikeunana sapanjang prosés perakitan. Kateupastian mawa tantangan énggal kana pisibilitas ranté suplai sareng manajemen kualitas. Mastikeun kualitas seueur bagian sareng produk réngsé meryogikeun metode kualitas anu langkung saé sareng langkung terintegrasi.
Industri 4.0 ngagambarkeun kamekaran industri manufaktur, sareng téknologi anu beuki maju diperyogikeun pikeun minuhan sarat kualitas anu ketat. Téknologi pendukung kalebet Industrial Internet of Things (IIoT), thread digital, augmented reality (AR), sareng analitik prediktif.
Kualitas 4.0 ngajelaskeun metode kualitas prosés produksi anu didorong ku data anu ngalibatkeun produk, prosés, perencanaan, patuh kana aturan, sareng standar. Éta diwangun tinimbang ngagentos metode kualitas tradisional, nganggo seueur téknologi énggal anu sami sareng anu sami dina industri, kalebet pembelajaran mesin, alat anu nyambung, komputasi awan, sareng digital twins pikeun ngarobih alur kerja organisasi sareng ngaleungitkeun kamungkinan cacad produk atanapi prosés. Munculna Kualitas 4.0 diperkirakeun bakal ngarobih budaya tempat damel ku cara ningkatkeun katergantungan kana data sareng panggunaan kualitas anu langkung jero salaku bagian tina metode nyiptakeun produk sacara umum.
Kualitas 4.0 ngahijikeun masalah operasional sareng jaminan kualitas (QA) ti mimiti dugi ka tahap desain. Ieu kalebet kumaha ngakonséptualisasikeun sareng ngarancang produk. Hasil survéi industri anyar nunjukkeun yén kaseueuran pasar henteu gaduh prosés transfer desain otomatis. Prosés manual nyésakeun rohangan pikeun kasalahan, naha éta kasalahan internal atanapi komunikasi desain sareng parobihan kana ranté suplai.
Salian ti desain, Quality 4.0 ogé nganggo machine learning anu museur kana prosés pikeun ngirangan runtah, ngirangan padamelan ulang, sareng ngaoptimalkeun parameter produksi. Salian ti éta, éta ogé ngarengsekeun masalah kinerja produk saatos pangiriman, nganggo eupan balik di tempat pikeun ngapdet parangkat lunak produk sacara jarak jauh, ngajaga kapuasan pelanggan, sareng pamustunganana mastikeun bisnis anu terus-terusan. Éta janten mitra anu teu tiasa dipisahkeun tina Industri 4.0.
Nanging, kualitas henteu ngan ukur tiasa diterapkeun kana tautan manufaktur anu dipilih. Inklusivitas Kualitas 4.0 tiasa nanemkeun pendekatan kualitas anu komprehensif dina organisasi manufaktur, ngajantenkeun kakuatan transformatif data janten bagian integral tina pamikiran perusahaan. Patuh kana sadaya tingkatan organisasi nyumbang kana pembentukan budaya kualitas sacara umum.
Teu aya prosés produksi anu tiasa jalan sampurna dina 100% waktos. Parobahan kaayaan micu kajadian anu teu kaduga anu meryogikeun perbaikan. Jalma anu gaduh pangalaman dina kualitas ngartos yén éta sadayana ngeunaan prosés nuju kasampurnaan. Kumaha anjeun mastikeun yén kualitas dilebetkeun kana prosés pikeun ngadeteksi masalah sedini mungkin? Naon anu bakal anjeun laksanakeun nalika anjeun mendakan cacadna? Naha aya faktor éksternal anu nyababkeun masalah ieu? Parobihan naon anu anjeun tiasa laksanakeun kana rencana pamariksaan atanapi prosedur uji pikeun nyegah masalah ieu kajadian deui?
Jieun mentalitas yén unggal prosés produksi ngagaduhan prosés kualitas anu aya patalina sareng silih patalina. Bayangkeun hiji mangsa nu bakal datang dimana aya hubungan hiji-ka-hiji sareng teras-terasan ngukur kualitas. Naon waé anu kajantenan sacara acak, kualitas anu sampurna tiasa kahontal. Unggal pusat kerja marios indikator sareng indikator kinerja konci (KPI) unggal dintenna pikeun ngaidentipikasi daérah anu kedah diropéa sateuacan masalah kajantenan.
Dina sistem loop katutup ieu, unggal prosés produksi ngagaduhan inferensi kualitas, anu nyayogikeun eupan balik pikeun ngeureunkeun prosés, ngamungkinkeun prosés teraskeun, atanapi ngadamel pangaluyuan sacara real-time. Sistem ieu henteu kapangaruhan ku kacapean atanapi kasalahan manusa. Sistem kualitas loop katutup anu dirancang pikeun produksi pesawat penting pisan pikeun ngahontal tingkat kualitas anu langkung luhur, ngirangan waktos siklus, sareng mastikeun patuh kana standar AS9100.
Sapuluh taun ka tukang, ideu pikeun museurkeun QA kana desain produk, panalungtikan pasar, supplier, jasa produk, atanapi faktor sanés anu mangaruhan kapuasan palanggan mustahil. Desain produk kahartos asalna ti otoritas anu langkung luhur; kualitas nyaéta ngeunaan ngalaksanakeun desain ieu dina jalur perakitan, henteu paduli kakuranganna.
Ayeuna, seueur perusahaan anu mikirkeun deui kumaha cara ngalaksanakeun bisnis. Status quo di taun 2018 panginten moal mungkin deui. Beuki seueur pabrik anu beuki pinter. Langkung seueur pangaweruh anu sayogi, anu hartosna intelegensi anu langkung saé pikeun ngawangun produk anu pas dina waktos anu munggaran, kalayan efisiensi sareng kinerja anu langkung luhur.