Un ffactor allweddol y tu ôl i'r defnydd cynyddol o aloion titaniwm yw'r defnydd eang o gyfansoddion ffibr carbon mewn gweithgynhyrchu awyrofod. Mae aloion titaniwm a chyfansoddion ffibr carbon yn dangos cydnawsedd rhagorol, gan gynnig nid yn unig cryfder uchel a gwrthiant cyrydiad ond hefyd lleihau pwysau yn effeithiol, gan eu gwneud yn arbennig o addas ar gyfer ardaloedd straen uchel a chydrannau critigol mewn cysylltiad â deunyddiau cyfansawdd. Fodd bynnag, mae'r ymchwydd hwn yn y defnydd o aloi titaniwm yn her ddeuol i weithgynhyrchwyr awyrofod: yn gyntaf, mae aloion titaniwm yn fetelau gwerth uchel, ac mae prosesau gofannu traddodiadol yn arwain at ddefnydd isel iawn o ddeunyddiau, gyda hyd at 80% i 95% o ddeunyddiau crai o bosibl yn cael eu gwastraffu yn ystod peiriannu, gan osod her i ymgais y diwydiant awyrofod o weithgynhyrchu darbodus a datblygu cynaliadwy. Yn ail, mae optimeiddio perfformiad awyrennau yn barhaus yn dibynnu'n gynyddol ar ddyluniad strwythurol mwy effeithlon ac ysgafn, tra bod prosesau gweithgynhyrchu traddodiadol yn aml yn wynebu cyfyngiadau megis costau uchel, amseroedd arwain hir, neu anymarferoldeb technegol wrth gyflawni strwythurau integredig cymhleth. Felly, a oes dull gweithgynhyrchu a all fynd i'r afael â mater brys gwastraff materol ar yr un pryd a datgloi potensial dyluniadau strwythurol cymhleth yn y dyfodol? Mae Airbus, gwneuthurwr awyrofod, wedi ymateb i'r cwestiynau hyn gyda'i dechnoleg gweithgynhyrchu ychwanegion dyddodiad ynni gwifren (w-DED), y mae wedi'i hymarfer ers blynyddoedd lawer.
Sut mae w-DED yn gweithio?
Mae Airbus yn esbonio bod y dechnoleg yn defnyddio braich robotig aml-echel sydd â rîl gwifren aloi titaniwm, sy'n symud yn union yn ôl model digidol. Trwy ganolbwyntio ynni fel laser, plasma, neu drawstiau electron ar y wifren, caiff ei doddi ar unwaith a'i ddyddodi fesul haen ar swbstrad. Yn arwynebol, mae'r broses yn debyg i weldio, ond mewn gwirionedd mae'n cael ei reoli'n gyfan gwbl gan fodel tri dimensiwn, sy'n gallu "argraffu" y deunydd o'r gwaelod i fyny i mewn i'r hyn a elwir yn "rhan wag." Mae'r rhan wag hon eisoes yn agos iawn at y siâp terfynol a ddymunir, gan gyflawni cyflwr "agos i-siâp rhwyd-), a dim ond gorffeniad cyflym sydd ei angen i fodloni gofynion dimensiwn manwl gywir y rhan.
Datgloi Potensial Cydrannau Strwythurol Alloy Titaniwm Awyrennau Mawr
Datgloi Potensial Cydrannau Strwythurol Alloy Titaniwm Awyrennau Mawr
Er bod technoleg argraffu 3D metel wedi'i ddefnyddio yn y maes awyrofod ers tua degawd, mae wedi'i gyfyngu'n bennaf i rannau bach yn flaenorol. Yn nodweddiadol, defnyddir systemau argraffu 3D "gwely powdr" i gynhyrchu rhannau sy'n fyrrach na 60 centimetr (tua dwy droedfedd). Mewn cyferbyniad, mae technoleg w-DED wedi galluogi Airbus i oresgyn cyfyngiadau maint, gan gynhyrchu cydrannau strwythurol aloi titaniwm mawr hyd at saith metr (dros 23 troedfedd) o hyd. Mae'r broses newydd yn addo cyflymder cynhyrchu o sawl cilogram o ddeunydd yr awr. Mae hyn yn gwneud cynhyrchu technoleg argraffu 3D ar raddfa ddiwydiannol yn bosibl ar gyfer cydrannau strwythurol awyrennau masnachol mawr.
Helpu i Leihau Gwastraff Deunydd Crai Titaniwm
Wrth fynd ar drywydd gweithgynhyrchu cynaliadwy a darbodus heddiw, mae prosesau gofannu traddodiadol yn ei chael hi'n anodd bodloni gofynion rheoli costau llym ac effeithlonrwydd adnoddau gweithgynhyrchwyr awyrofod. Un rheswm allweddol y cyflwynodd Airbus weithgynhyrchu ychwanegion DED yw er mwyn osgoi gwastraff materol wrth brosesu o'r cychwyn cyntaf. Mae hyn oherwydd, ym maes gweithgynhyrchu ychwanegion DED, mae rhannau'n cael eu tyfu fesul haen-mewn ffurf bron, yn debyg iawn i siâp y dyluniad terfynol, sy'n gofyn am ychydig iawn o waith peiriannu dilynol yn unig.
Gwella ystwythder datblygu awyrennau
Mae prosesau gofannu marw traddodiadol yn gofyn am weithgynhyrchu mowldiau mawr, cymhleth, proses a all gymryd hyd at ddwy flynedd ac sy'n gofyn am fuddsoddiad sylweddol ymlaen llaw. Mewn cyferbyniad, mae siâp rhannau printiedig 3D wedi'i ddiffinio'n gyfan gwbl gan raglenni cyfrifiadurol, gan leihau'r cylchoedd dosbarthu i ychydig wythnosau yn unig. Mae'r ystwythder a gynigir gan w-DED yn arbennig o fuddiol ar gyfer gweithgynhyrchu llyfn ac amserol y prototeip cyntaf-hyd yn oed tra bod dyluniadau manwl yn dal i gael eu tiwnio a'u hoptimeiddio, mae'r dechnoleg yn cefnogi iteriad cyflym o gydrannau ffisegol nes bod yr awyren gyfan yn cyrraedd y cynulliad terfynol.
Dilysiad Cyntaf mewn Cynhyrchu A350
Yn ddiweddar, mae Airbus wedi dechrau integreiddio masgynhyrchu cydrannau mawr a weithgynhyrchir gan ddefnyddio technoleg w-DED yn strwythur perimedr drws cargo yr awyren A350. Yn y cyfnod archwiliadol hwn, mae'r rhannau penodol hyn, a ddyluniwyd gan Airbus, yn cael eu hargraffu gan ddefnyddio technoleg plasma w-DED gan gyflenwyr cymwys, yna'n cael eu profi'n ultrasonic gan Testia Bremen, ac yn olaf yn cael eu gorffen a'u cydosod yn ffatrïoedd Airbus ei hun. Mae'r rhannau hyn yn swyddogaethol ac yn geometrig union yr un fath â'r rhannau ffug traddodiadol y maent yn eu disodli, ond maent wedi cyflawni arbedion cost sylweddol. Gan edrych i'r dyfodol, mae Airbus yn bwriadu defnyddio cydrannau w-DED yr A350 fel man cychwyn i ymestyn y dechnoleg hon yn raddol i brosiectau eraill a rhannau mwy hanfodol o'r awyren (yn y tymor hir, gan gynnwys adenydd ac offer glanio).
Wedi'i gynllunio ar gyfer DED
Yn bwysicach fyth, mae'r dechnoleg hon wedi arwain at y cysyniad newydd o "gynllunio ar gyfer DED." Nid oes angen i beirianwyr bellach dorri i lawr cydrannau cymhleth yn rhannau annibynnol lluosog ar gyfer gweithgynhyrchu a chydosod ar wahân; yn lle hynny, gallant eu dylunio fel un gydran integredig wedi'i optimeiddio'n strwythurol a'u hargraffu ar yr un pryd. Bydd y gallu hwn i integreiddio rhannau lluosog yn un gydran yn symleiddio'r gadwyn gyflenwi yn effeithiol, yn lleihau camau cydosod, ac yn byrhau'r cylchoedd cynhyrchu, a thrwy hynny yn gwireddu potensial awyrennau'r genhedlaeth nesaf yn llawn yn seiliedig ar gysyniadau dylunio 3D.
Hyrwyddo Cymhwyso Cydrannau Allweddol Gweithgynhyrchu
Ar hyn o bryd, mae Airbus a'i bartneriaid yn cymryd camau breision i gronni profiad mewn gweithgynhyrchu cydrannau allweddol gan ddefnyddio w-DED (wafer-i-)dangos technoleg, ac wedi cyflawni cynnydd calonogol. Mae peirianwyr yn profi ffynonellau ynni amrywiol, gan gynnwys plasma, weldio arc, trawstiau electron, a thrawstiau laser, ac ar yr un pryd yn gwerthuso strategaethau "ar gontract allanol" (contractio argraffu i weithgynhyrchwyr allanol) a "mewn-gweithgynhyrchu mewnol" (cynhyrchu mewnol). At hynny, bydd y dechnoleg hon yn cael ei safoni ar lefel Grŵp Airbus i sicrhau y caiff ei chymhwyso a'i hyrwyddo ledled y cwmni.
Hyrwyddo Rhesymeg Teilyngdod Awyr yn Systemataidd
Yr agwedd sy'n cymryd fwyaf o amser a heriol ar ardystiad addasrwydd i hedfan yw cydnabod diogelwch, hynny yw, sut i brofi bod y deunyddiau'n ddiogel. Mae'r diwydiant gweithgynhyrchu hedfan sifil rhyngwladol wedi cronni profiad dros nifer o flynyddoedd o ymarfer. Pan soniwn am ardystiad haeddiant, rydym mewn gwirionedd yn cyfeirio at ardystio rhannau awyrennau, sy'n cynnwys tair agwedd: deunyddiau, prosesau a dyluniad. Mae gweithgynhyrchu ychwanegion-technoleg argraffu 3D-yn cynnwys y tair elfen. Yn gyntaf, mae gweithgynhyrchu ychwanegion yn broses weithgynhyrchu. Yn y cyfamser, er mwyn gwneud y mwyaf o werth y dechnoleg hon, mae angen dylunio ar gyfer gweithgynhyrchu ychwanegion. Mae defnyddio deunyddiau newydd mewn gweithgynhyrchu ychwanegion o rannau yn ychwanegu elfen arall sy'n gofyn am ddilysu diogelwch. Felly, y dull mwyaf diogel yw datrys y broblem hon gam wrth gam, gan leihau risgiau. Mae ymagwedd Airbus at weithgynhyrchu ychwanegion DED aloi titaniwm yn adlewyrchu'r rhesymeg "tri-cham" a drafodwyd yn y cyfweliad uchod. Yn gyntaf, gan ddechrau gyda strwythurau cario llwyth eilaidd fel drysau cargo A350, dilyswyd dibynadwyedd y broses w-DED ei hun tra'n cynnal deunyddiau a dyluniad heb eu newid. Yna, ymestynnodd yn raddol i strwythurau cario llwyth cynradd, gan hyrwyddo optimeiddio "wedi'i gynllunio ar gyfer DED." Ar hyn o bryd, mae'r ffocws ar ddatgloi potensial deunyddiau traddodiadol gyda phrosesau newydd, yn hytrach na herio llwybrau cwbl newydd mewn deunyddiau, prosesau a dylunio ar yr un pryd. Mae'r dull graddol hwn o reoli risg nid yn unig yn adlewyrchu'r rhythm angenrheidiol mewn diwydiannu ond hefyd yn datgelu hanfod gweithgynhyrchu ychwanegion awyrofod-nid yn unig arloesi technolegol ond hefyd yn brosiect systematig o "adeiladu ymddiriedaeth." Gall sut i drawsnewid arloesedd technolegol yn werth dibynadwy y gellir ei ardystio a'i fasgynhyrchu o fewn y fframwaith addasrwydd i aer, a'r amseriad gwaelodol, yr haeniad risg, a'r rhesymeg wirio, fod yn deilwng o ystyriaeth ddofn y diwydiant na manylion technegol penodol.