En nøkkeldriver bak den økte bruken av titanlegeringer er den utbredte bruken av karbonfiberkompositter i romfartsproduksjon. Titanlegeringer og karbonfiberkompositter viser utmerket kompatibilitet, og tilbyr ikke bare høy styrke og korrosjonsmotstand, men også effektiv vektreduksjon, noe som gjør dem spesielt egnet for høye-stressområder og kritiske komponenter i kontakt med komposittmaterialer. Denne økningen i bruken av titanlegeringer utgjør imidlertid en dobbel utfordring for produsenter av romfart: For det første er titanlegeringer høy-metaller, og tradisjonelle smiprosesser resulterer i ekstremt lav materialutnyttelse, med opptil 80 % til 95 % av råvarene som potensielt kan kastes bort under maskinering, noe som utgjør en utfordring for industri og romfartsindustri og bærekraftig utvikling. For det andre er kontinuerlig optimalisering av flyytelse i økende grad avhengig av mer effektiv og lett strukturell design, mens tradisjonelle produksjonsprosesser ofte møter begrensninger som høye kostnader, lange ledetider eller teknisk umulighet når man oppnår komplekse integrerte strukturer. Så, er det en produksjonsmetode som samtidig kan løse det presserende problemet med materialavfall og låse opp det fremtidige potensialet til komplekse strukturelle design? Airbus, en romfartsprodusent, har svart på disse spørsmålene med sin wire-dirigerte energiavsetning (w-DED) additiv produksjonsteknologi, som de har praktisert i mange år.
Hvordan fungerer w-DED?
Airbus forklarer at teknologien bruker en flerakset robotarm utstyrt med en titanlegeringstrådsnelle, som beveger seg nøyaktig i henhold til en digital modell. Ved å fokusere energi som laser-, plasma- eller elektronstråler på ledningen, smeltes den øyeblikkelig og avsettes lag for lag på et underlag. Overfladisk ligner prosessen sveising, men den er faktisk fullstendig kontrollert av en tre-dimensjonal modell, som er i stand til å "skrive ut" materialet fra bunnen og opp til en såkalt -blank del. Denne blanke delen er allerede veldig nær den endelige ønskede formen, og oppnår en "nær-netto-form"-tilstand, og bare rask etterbehandling er nødvendig for å oppfylle de nøyaktige dimensjonskravene til delen.
Låser opp potensialet til strukturelle komponenter i titanlegering av store fly
Låser opp potensialet til strukturelle komponenter i titanlegering av store fly
Mens 3D-utskriftsteknologi av metall har blitt brukt i romfartsfeltet i omtrent et tiår, har den tidligere først og fremst vært begrenset til små deler. "Powder bed" 3D-utskriftssystemer brukes vanligvis til å produsere deler som er kortere enn 60 centimeter (omtrent to fot). I motsetning til dette har w-DED-teknologi gjort det mulig for Airbus å overvinne størrelsesbegrensninger, og produsere store strukturelle komponenter i titanlegering på opptil syv meter (over 23 fot) i lengde. Den nye prosessen lover produksjonshastigheter på flere kilo materiale i timen. Dette gjør industriell-skala,{10}}produksjon av 3D-utskriftsteknologi mulig for strukturelle komponenter for store kommersielle fly.
Bidrar til å redusere avfall av titanråmaterialer
I dagens streben etter bærekraftig og slank produksjon, sliter tradisjonelle smiprosesser med å møte de strenge kostnadskontroll- og ressurseffektivitetskravene til luftfartsprodusenter. En viktig grunn til at Airbus introduserte DED additiv produksjon er for å unngå materialavfall under behandlingen fra begynnelsen. Dette er fordi, i DED additiv produksjon, vokser deler lag-lag for-lag på en nesten-netto-måte, som ligner veldig på den endelige designformen, og krever kun minimal etterfølgende maskinering.
Forbedre smidigheten i flyutvikling
Tradisjonelle formsmiingsprosesser krever produksjon av store, komplekse former, en prosess som kan ta opptil to år og krever betydelige forhåndsinvesteringer. I motsetning til dette er formen på 3D-utskrevne deler fullstendig definert av dataprogrammer, noe som reduserer leveringssyklusene til bare noen få uker. Smidigheten som tilbys av w-DED er spesielt fordelaktig for jevn og rettidig produksjon av den første prototypen-selv mens detaljerte design fortsatt finjusteres-og optimaliseres, støtter teknologien rask iterasjon av fysiske komponenter til hele flyet går i sluttmontering.
Første validering i A350-produksjon
Airbus har nylig startet masseproduksjonsintegrasjon av store komponenter produsert ved hjelp av w-DED-teknologi i lastdørens omkretsstruktur til A350-flyet. I denne utforskende fasen blir disse spesifikke delene, designet av Airbus, trykt ved hjelp av plasma w-DED-teknologi av kvalifiserte leverandører, deretter ultralydtestet av Testia Bremen, og til slutt ferdigbehandlet og satt sammen i Airbus' egne fabrikker. Disse delene er funksjonelt og geometrisk identiske med de tradisjonelle smidde delene de erstatter, men har oppnådd betydelige kostnadsbesparelser. Når vi ser fremover, planlegger Airbus å bruke A350s w-DED-komponenter som et utgangspunkt for gradvis å utvide denne teknologien til andre prosjekter og mer kritiske deler av flyet (på lang sikt, inkludert vinger og landingsutstyr).
Designet for DED
Enda viktigere, denne teknologien har gitt opphav til det nye konseptet "designet for DED." Ingeniører trenger ikke lenger å bryte ned komplekse komponenter i flere uavhengige deler for separat produksjon og montering; i stedet kan de designe dem som en enkelt, strukturelt optimalisert integrert komponent og skrive dem ut på én gang. Denne muligheten til å integrere flere deler i en enkelt komponent vil effektivt forenkle forsyningskjeden, redusere monteringstrinn og forkorte produksjonssykluser, og dermed fullt ut realisere potensialet til neste{2}}generasjons fly basert på 3D-designkonsepter.
Fremme produksjonsapplikasjonen for nøkkelkomponenter
For øyeblikket gjør Airbus og partnerne store fremskritt med å samle erfaring med å produsere nøkkelkomponenter ved å bruke w-DED-teknologi (wafer-to-find) og har oppnådd oppmuntrende fremgang. Ingeniører tester ulike energikilder, inkludert plasma, buesveising, elektronstråler og laserstråler, og evaluerer samtidig strategier for både "outsourcing" (kontrakt med utskrift til eksterne produsenter) og "intern produksjon" (intern produksjon). Videre vil denne teknologien bli standardisert på Airbus-konsernnivå for å sikre dens anvendelse og markedsføring i hele selskapet.
Systematisk fremme logikken til luftdyktighet
Det mest tidkrevende og utfordrende aspektet ved luftdyktighetssertifisering er anerkjennelse av sikkerhet, det vil si hvordan man kan bevise at materialene er trygge. Den internasjonale produksjonsindustrien for sivil luftfart har akkumulert erfaring gjennom mange års praksis. Når vi nevner luftdyktighetssertifisering, sikter vi egentlig til sertifisering av flydeler, som involverer tre aspekter: materialer, prosesser og design. Additiv produksjon-3D-utskriftsteknologi-involverer alle tre elementene. For det første er additiv produksjon en produksjonsprosess. I mellomtiden krever maksimering av verdien av denne teknologien design for additiv produksjon. Bruk av nye materialer i additiv produksjon av deler legger til et annet element som krever sikkerhetsverifisering. Derfor er den sikreste tilnærmingen å løse dette problemet trinnvis, og minimere risikoen. Airbus sin tilnærming til produksjon av DED-tilsetninger av titanlegering gjenspeiler «tre{13}}-trinns-luftdyktighetslogikken som ble diskutert i intervjuet ovenfor. For det første, med utgangspunkt i sekundære-lastbærende strukturer som A350-lastdører, ble påliteligheten til selve w-DED-prosessen bekreftet samtidig som uendret materialer og design ble beholdt. Deretter utvidet det seg gradvis til primære{20}lastbærende strukturer, og fremmet optimalisering «designet for DED». For tiden er fokuset på å frigjøre potensialet til tradisjonelle materialer med nye prosesser, i stedet for å samtidig utfordre helt nye veier innen materialer, prosesser og design. Denne trinnvise,{21}}risikokontrollerte tilnærmingen reflekterer ikke bare den nødvendige rytmen i industrialiseringen, men avslører også essensen av produksjon av additiv til romfart-det er ikke bare teknologisk innovasjon, men også et systematisk prosjekt for å bygge tillit. Hvordan man transformerer teknologisk innovasjon til pålitelig verdi som kan sertifiseres og masseproduseres innenfor rammen av luftdyktighet, og den underliggende timingen, risikostratifiseringen og verifikasjonslogikken, kan være mer verdig industriens dype vurdering enn spesifikke tekniske detaljer.