Kulingana na SmarTech, kampuni ya ushauri wa teknolojia ya utengenezaji, anga ni tasnia ya pili kwa ukubwa inayohudumiwa na utengenezaji wa nyongeza (AM), ya pili baada ya dawa.Hata hivyo, bado kuna ukosefu wa ufahamu wa uwezekano wa utengenezaji wa nyongeza wa vifaa vya kauri katika utengenezaji wa haraka wa vipengele vya anga, kuongezeka kwa kubadilika na gharama nafuu.AM inaweza kutoa sehemu za kauri zenye nguvu na nyepesi kwa haraka na kwa uendelevu zaidi za kupunguza gharama za wafanyikazi, kupunguza mkusanyiko wa mikono, na kuboresha ufanisi na utendakazi kupitia muundo uliotengenezwa na uundaji wa muundo, na hivyo kupunguza uzito wa ndege.Kwa kuongeza, teknolojia ya kauri ya utengenezaji wa ziada hutoa udhibiti wa dimensional wa sehemu za kumaliza kwa vipengele vidogo kuliko microns 100.
Hata hivyo, neno keramik linaweza kuibua dhana potofu ya brittleness.Kwa kweli, kauri zinazotengenezwa na viongezi hutokeza sehemu nyepesi, laini zaidi zenye nguvu kubwa ya kimuundo, ushupavu, na ukinzani kwa anuwai kubwa ya joto.Kampuni zinazotazama mbele zinageukia vipengele vya utengenezaji wa kauri, ikiwa ni pamoja na nozzles na propela, vihami vya umeme na vile vya turbine.
Kwa mfano, alumina ya usafi wa juu ina ugumu wa juu, na ina upinzani mkali wa kutu na anuwai ya joto.Vipengele vilivyotengenezwa kwa alumina pia vinahamishwa kwa umeme kwa joto la juu la kawaida katika mifumo ya anga.
Keramik zenye msingi wa zirconia zinaweza kukidhi matumizi mengi na mahitaji makubwa ya nyenzo na mkazo wa juu wa kiufundi, kama vile ukingo wa chuma wa hali ya juu, vali na fani.Keramik ya nitridi ya silicon ina nguvu ya juu, ugumu wa juu na upinzani bora wa mshtuko wa mafuta, pamoja na upinzani mzuri wa kemikali kwa kutu ya aina mbalimbali za asidi, alkali na metali zilizoyeyuka.Nitridi ya silicon hutumiwa kwa vihami, vichochezi, na antena za joto la chini-dielectric.
Keramik ya mchanganyiko hutoa sifa kadhaa zinazohitajika.Kauri zenye msingi wa silicon zilizoongezwa kwa alumina na zikoni zimethibitisha kufanya vyema katika utengenezaji wa uigizaji wa fuwele moja kwa vile vile vya turbine.Hii ni kwa sababu msingi wa kauri uliotengenezwa na nyenzo hii una upanuzi wa chini sana wa mafuta hadi 1,500 ° C, porosity ya juu, ubora bora wa uso na uvujaji mzuri.Kuchapisha cores hizi kunaweza kutoa miundo ya turbine ambayo inaweza kuhimili halijoto ya juu ya uendeshaji na kuongeza ufanisi wa injini.
Inajulikana kuwa ukingo wa sindano au machining ya keramik ni vigumu sana, na machining hutoa upatikanaji mdogo wa vipengele vinavyotengenezwa.Vipengele kama vile kuta nyembamba pia ni vigumu kwa mashine.
Hata hivyo, Lithoz hutumia utengenezaji wa kauri kulingana na lithography (LCM) kutengeneza vipengee sahihi vya umbo changamano vya 3D.
Kuanzia modeli ya CAD, maelezo ya kina yanahamishwa kidijitali hadi kichapishi cha 3D.Kisha weka poda ya kauri iliyopangwa kwa usahihi juu ya vat ya uwazi.Jukwaa la ujenzi linalohamishika huzamishwa kwenye matope na kisha kuangaziwa kwa mwanga unaoonekana kutoka chini.Picha ya safu inatolewa na kifaa cha kioo kidogo cha dijiti (DMD) pamoja na mfumo wa makadirio.Kwa kurudia mchakato huu, sehemu ya kijani ya tatu-dimensional inaweza kuzalishwa safu kwa safu.Baada ya matibabu ya joto baada ya matibabu, binder huondolewa na sehemu za kijani zimeunganishwa-kuunganishwa na mchakato maalum wa kupokanzwa-kuzalisha sehemu ya kauri yenye mnene kabisa na sifa bora za mitambo na ubora wa uso.
Teknolojia ya LCM hutoa mchakato wa kiubunifu, wa gharama nafuu na wa haraka zaidi wa uwekaji uwekezaji wa vijenzi vya injini ya turbine-kupita uundaji wa gharama kubwa na ngumu wa kutengeneza ukungu unaohitajika kwa ukingo wa sindano na utupaji wa nta uliopotea.
LCM pia inaweza kufikia miundo ambayo haiwezi kupatikana kwa mbinu nyingine, huku ikitumia malighafi chache zaidi kuliko mbinu nyinginezo.
Licha ya uwezo mkubwa wa vifaa vya kauri na teknolojia ya LCM, bado kuna pengo kati ya wazalishaji wa vifaa vya awali vya AM (OEM) na wabunifu wa anga.
Sababu moja inaweza kuwa upinzani kwa mbinu mpya za utengenezaji katika tasnia zenye mahitaji madhubuti ya usalama na ubora.Utengenezaji wa anga unahitaji michakato mingi ya uthibitishaji na kufuzu, pamoja na majaribio ya kina na makali.
Kikwazo kingine ni pamoja na imani kwamba uchapishaji wa 3D unafaa tu kwa prototyping ya mara moja ya haraka, badala ya chochote kinachoweza kutumika hewani.Tena, hii ni kutokuelewana, na vipengele vya kauri vilivyochapishwa vya 3D vimethibitishwa kutumika katika uzalishaji wa wingi.
Mfano ni utengenezaji wa vile vya turbine, ambapo mchakato wa kauri ya AM huzalisha core moja ya fuwele (SX), pamoja na uimarishaji wa mwelekeo (DS) na vile vya turbine ya aloi ya equiaxed (EX).Misingi iliyo na miundo changamano ya matawi, kuta nyingi na kingo zinazofuata chini ya 200μm zinaweza kuzalishwa kwa haraka na kiuchumi, na vipengele vya mwisho vina usahihi thabiti wa dimensional na umaliziaji bora wa uso.
Kuboresha mawasiliano kunaweza kuleta pamoja wabunifu wa anga na AM OEMs na kuamini kikamilifu vipengele vya kauri vinavyotengenezwa kwa kutumia LCM na teknolojia nyinginezo.Teknolojia na utaalamu upo.Inahitaji kubadilisha njia ya kufikiri kutoka AM kwa R&D na prototyping, na kuiona kama njia ya mbele kwa matumizi makubwa ya kibiashara.
Mbali na elimu, kampuni za anga pia zinaweza kuwekeza wakati katika wafanyikazi, uhandisi na upimaji.Watengenezaji lazima wafahamu viwango na mbinu tofauti za kutathmini keramik, si metali.Kwa mfano, viwango viwili muhimu vya ASTM vya Lithoz vya keramik za miundo ni ASTM C1161 kwa ajili ya kupima nguvu na ASTM C1421 kwa ajili ya kupima ugumu.Viwango hivi vinatumika kwa keramik zinazozalishwa na njia zote.Katika utengenezaji wa viongeza vya kauri, hatua ya uchapishaji ni njia tu ya kutengeneza, na sehemu hupitia aina sawa ya sintering kama keramik za jadi.Kwa hiyo, microstructure ya sehemu za kauri itakuwa sawa na machining ya kawaida.
Kulingana na maendeleo endelevu ya nyenzo na teknolojia, tunaweza kusema kwa ujasiri kwamba wabunifu watapata data zaidi.Nyenzo mpya za kauri zitatengenezwa na kubinafsishwa kulingana na mahitaji maalum ya uhandisi.Sehemu zilizotengenezwa kwa keramik za AM zitakamilisha mchakato wa uidhinishaji kwa matumizi ya anga.Na itatoa zana bora za muundo, kama vile programu iliyoboreshwa ya uundaji.
Kwa kushirikiana na wataalam wa kiufundi wa LCM, kampuni za anga zinaweza kuanzisha michakato ya kauri ya AM ya kufupisha muda wa ndani, kupunguza gharama, na kuunda fursa za ukuzaji wa mali miliki ya kampuni.Kwa maono ya mbele na mipango ya muda mrefu, makampuni ya anga ambayo yanawekeza katika teknolojia ya kauri yanaweza kupata manufaa makubwa katika jalada lao zima la uzalishaji katika miaka kumi ijayo na zaidi.
Kwa kuanzisha ushirikiano na AM Ceramics, watengenezaji wa vifaa vya asili vya anga watazalisha vipengele ambavyo havikuweza kufikiria hapo awali.
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 atazungumza kuhusu ugumu wa kuwasiliana vyema na manufaa ya utengenezaji wa viungio vya kauri kwenye Maonyesho ya Keramik huko Cleveland, Ohio mnamo Septemba 1, 2021.
Ingawa maendeleo ya mifumo ya ndege ya hypersonic imekuwepo kwa miongo kadhaa, sasa imekuwa kipaumbele cha juu cha ulinzi wa kitaifa wa Marekani, na kuleta uwanja huu katika hali ya ukuaji wa haraka na mabadiliko.Kama uwanja wa kipekee wa taaluma nyingi, changamoto ni kupata wataalam wenye ujuzi muhimu ili kukuza maendeleo yake.Hata hivyo, kunapokuwa hakuna wataalam wa kutosha, huunda pengo la uvumbuzi, kama vile kuweka muundo kwa ajili ya utengenezaji (DFM) kwanza katika awamu ya R&D, na kisha kugeuka kuwa pengo la utengenezaji wakati umechelewa sana kufanya mabadiliko ya gharama nafuu .
Miungano, kama vile Muungano wa Vyuo Vikuu ulioanzishwa hivi karibuni kwa Matumizi ya Hypersonics (UCAH), hutoa mazingira muhimu ya kukuza vipaji vinavyohitajika ili kuendeleza uga.Wanafunzi wanaweza kufanya kazi moja kwa moja na watafiti wa vyuo vikuu na wataalamu wa tasnia ili kukuza teknolojia na kuendeleza utafiti muhimu wa hypersonic.
Ingawa UCAH na muungano mwingine wa ulinzi uliidhinisha wanachama kushiriki katika kazi mbalimbali za uhandisi, kazi zaidi lazima ifanywe ili kukuza vipaji mbalimbali na uzoefu, kutoka kwa kubuni hadi maendeleo ya nyenzo na uteuzi hadi warsha za utengenezaji.
Ili kutoa thamani ya kudumu zaidi katika uwanja huo, muungano wa chuo kikuu lazima ufanye maendeleo ya wafanyikazi kuwa kipaumbele kwa kuzingatia mahitaji ya tasnia, kuhusisha wanachama katika utafiti unaofaa wa tasnia, na kuwekeza katika programu.
Wakati wa kubadilisha teknolojia ya hypersonic kuwa miradi mikubwa inayoweza kutengenezwa, pengo lililopo la ujuzi wa uhandisi na utengenezaji ndio changamoto kubwa zaidi.Iwapo utafiti wa mapema hautavuka bonde hili la kifo linaloitwa ipasavyo—pengo kati ya R&D na utengenezaji, na miradi mingi kabambe imeshindwa—basi tumepoteza suluhu linalotumika na linalowezekana.
Sekta ya utengenezaji wa Marekani inaweza kuharakisha kasi ya juu zaidi, lakini hatari ya kurudi nyuma ni kupanua ukubwa wa nguvu kazi ili kuendana.Kwa hivyo, serikali na muungano wa maendeleo ya vyuo vikuu lazima washirikiane na watengenezaji ili kutekeleza mipango hii kwa vitendo.
Sekta imepata mapungufu ya ujuzi kutoka kwa warsha za utengenezaji hadi maabara za uhandisi-mapengo haya yataongezeka tu kadiri soko la hypersonic linavyokua.Teknolojia zinazoibuka zinahitaji nguvu kazi inayoibuka ili kupanua maarifa katika uwanja huo.
Kazi ya Hypersonic inahusisha maeneo kadhaa muhimu ya nyenzo na miundo mbalimbali, na kila eneo lina seti yake ya changamoto za kiufundi.Wanahitaji kiwango cha juu cha ujuzi wa kina, na ikiwa utaalamu unaohitajika haupo, hii inaweza kuunda vikwazo kwa maendeleo na uzalishaji.Ikiwa hatuna watu wa kutosha wa kudumisha kazi, haitawezekana kuendelea na mahitaji ya uzalishaji wa kasi ya juu.
Kwa mfano, tunahitaji watu ambao wanaweza kuunda bidhaa ya mwisho.UCAH na muungano mwingine ni muhimu ili kukuza utengenezaji wa kisasa na kuhakikisha kuwa wanafunzi wanaovutiwa na jukumu la utengenezaji wanajumuishwa.Kupitia juhudi mtambuka za ukuzaji wa wafanyikazi waliojitolea, tasnia itaweza kudumisha faida ya kiushindani katika mipango ya ndege ya hypersonic katika miaka michache ijayo.
Kwa kuanzisha UCAH, Idara ya Ulinzi inaunda fursa ya kupitisha mbinu iliyolenga zaidi ya kujenga uwezo katika eneo hili.Wanachama wote wa muungano lazima washirikiane kutoa mafunzo kwa uwezo wa wanafunzi ili tuweze kujenga na kudumisha kasi ya utafiti na kuipanua ili kutoa matokeo ambayo nchi yetu inahitaji.
Muungano wa NASA Advanced Composites Alliance uliofungwa sasa ni mfano wa juhudi za maendeleo ya wafanyikazi.Ufanisi wake ni matokeo ya kuchanganya kazi ya R&D na masilahi ya tasnia, ambayo inaruhusu uvumbuzi kupanua katika mfumo ikolojia wa maendeleo.Viongozi wa sekta wamefanya kazi moja kwa moja na NASA na vyuo vikuu kwenye miradi kwa miaka miwili hadi minne.Wanachama wote wamekuza ujuzi na uzoefu wa kitaaluma, wamejifunza kushirikiana katika mazingira yasiyo ya ushindani, na wamekuza wanafunzi wa chuo kikuu ili kukuza washiriki wakuu wa sekta katika siku zijazo.
Aina hii ya maendeleo ya wafanyikazi hujaza mapengo katika tasnia na hutoa fursa kwa biashara ndogo ndogo kuvumbua haraka na kubadilisha nyanja mbali mbali ili kufikia ukuaji zaidi kwa usalama wa kitaifa wa Marekani na mipango ya usalama wa kiuchumi.
Ushirikiano wa vyuo vikuu ikiwa ni pamoja na UCAH ni mali muhimu katika uwanja wa hypersonic na tasnia ya ulinzi.Ingawa utafiti wao umekuza ubunifu unaoibukia, thamani yao kuu iko katika uwezo wao wa kutoa mafunzo kwa kizazi chetu kijacho cha wafanyikazi.Muungano huo sasa unahitaji kuweka kipaumbele katika uwekezaji katika mipango hiyo.Kwa kufanya hivyo, wanaweza kusaidia kukuza mafanikio ya muda mrefu ya uvumbuzi wa hypersonic.
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.
Watengenezaji wa bidhaa changamano, zilizoundwa kwa kiwango cha juu (kama vile vipengele vya ndege) wamejitolea kwa ukamilifu kila wakati.Hakuna nafasi ya ujanja.
Kwa sababu utengenezaji wa ndege ni mgumu sana, watengenezaji lazima wasimamie kwa uangalifu mchakato wa ubora, wakizingatia sana kila hatua.Hili linahitaji uelewa wa kina wa jinsi ya kudhibiti na kukabiliana na masuala yanayobadilika ya uzalishaji, ubora, usalama na ugavi huku ikidhi mahitaji ya udhibiti.
Kwa sababu mambo mengi huathiri utoaji wa bidhaa za ubora wa juu, ni vigumu kudhibiti maagizo changamano na yanayobadilika mara kwa mara ya uzalishaji.Mchakato wa ubora lazima uwe na nguvu katika kila kipengele cha ukaguzi na muundo, uzalishaji na upimaji.Shukrani kwa mikakati ya Viwanda 4.0 na suluhisho za kisasa za utengenezaji, changamoto hizi za ubora zimekuwa rahisi kudhibiti na kushinda.
Mtazamo wa jadi wa utengenezaji wa ndege daima umekuwa kwenye vifaa.Chanzo cha matatizo mengi ya ubora kinaweza kuwa kuvunjika kwa brittle, kutu, uchovu wa chuma, au mambo mengine.Hata hivyo, uzalishaji wa ndege wa leo unajumuisha teknolojia za hali ya juu, zilizobuniwa sana zinazotumia nyenzo sugu.Uundaji wa bidhaa hutumia michakato maalum na ngumu na mifumo ya kielektroniki.Suluhu za programu za usimamizi wa utendakazi wa jumla huenda zisiweze tena kutatua matatizo changamano sana.
Sehemu ngumu zaidi zinaweza kununuliwa kutoka kwa mnyororo wa usambazaji wa kimataifa, kwa hivyo ni lazima kuzingatia zaidi kuziunganisha katika mchakato wa mkusanyiko.Kutokuwa na uhakika huleta changamoto mpya kwa mwonekano wa ugavi na usimamizi wa ubora.Kuhakikisha ubora wa sehemu nyingi na bidhaa za kumaliza kunahitaji mbinu bora na zilizounganishwa zaidi za ubora.
Sekta 4.0 inawakilisha maendeleo ya tasnia ya utengenezaji, na teknolojia zaidi na zaidi zinahitajika ili kukidhi mahitaji madhubuti ya ubora.Teknolojia zinazosaidia ni pamoja na Mtandao wa Mambo ya Viwandani (IIoT), nyuzi za kidijitali, uhalisia ulioboreshwa (AR), na uchanganuzi wa ubashiri.
Ubora wa 4.0 unaeleza mbinu ya ubora wa mchakato wa uzalishaji unaoendeshwa na data unaohusisha bidhaa, michakato, mipango, utiifu na viwango.Imejengwa juu ya badala ya kuchukua nafasi ya mbinu za ubora wa kitamaduni, kwa kutumia teknolojia nyingi mpya sawa na zile za viwandani, ikijumuisha kujifunza kwa mashine, vifaa vilivyounganishwa, kompyuta ya wingu na mapacha ya kidijitali ili kubadilisha utendakazi wa shirika na kuondoa kasoro zinazowezekana za michakato ya shirika.Kuibuka kwa Ubora wa 4.0 kunatarajiwa kubadilisha zaidi utamaduni wa mahali pa kazi kwa kuongeza utegemezi wa data na matumizi ya kina ya ubora kama sehemu ya mbinu ya jumla ya kuunda bidhaa.
Ubora wa 4.0 unajumuisha masuala ya uendeshaji na uhakikisho wa ubora (QA) kuanzia mwanzo hadi hatua ya kubuni.Hii ni pamoja na jinsi ya kufikiria na kubuni bidhaa.Matokeo ya uchunguzi wa hivi majuzi wa tasnia yanaonyesha kuwa masoko mengi hayana mchakato wa kiotomatiki wa kuhamisha muundo.Mchakato wa mwongozo huacha nafasi kwa makosa, iwe ni hitilafu ya ndani au muundo wa mawasiliano na mabadiliko kwenye msururu wa ugavi.
Kando na usanifu, Ubora wa 4.0 pia hutumia ujifunzaji wa mashine unaozingatia mchakato ili kupunguza upotevu, kupunguza kufanya kazi upya na kuboresha vigezo vya uzalishaji.Zaidi ya hayo, pia hutatua masuala ya utendaji wa bidhaa baada ya kujifungua, hutumia maoni ya tovuti kusasisha programu ya bidhaa kwa mbali, hudumisha kuridhika kwa wateja, na hatimaye kuhakikisha kurudiwa kwa biashara.Inakuwa mshirika asiyeweza kutenganishwa wa Viwanda 4.0.
Hata hivyo, ubora hautumiki tu kwa viungo vilivyochaguliwa vya utengenezaji.Ujumuishaji wa Ubora wa 4.0 unaweza kusisitiza mbinu ya kina ya ubora katika mashirika ya utengenezaji, na kufanya nguvu ya kubadilisha data kuwa sehemu muhimu ya fikra za shirika.Utiifu katika viwango vyote vya shirika huchangia katika uundaji wa utamaduni wa ubora wa jumla.
Hakuna mchakato wa uzalishaji unaweza kufanya kazi kikamilifu katika 100% ya wakati huo.Kubadilisha hali husababisha matukio yasiyotarajiwa ambayo yanahitaji urekebishaji.Wale ambao wana uzoefu katika ubora wanaelewa kuwa yote ni juu ya mchakato wa kuelekea ukamilifu.Je, unahakikishaje kuwa ubora unajumuishwa katika mchakato ili kugundua matatizo mapema iwezekanavyo?Utafanya nini ukipata kasoro hiyo?Je, kuna sababu zozote za nje zinazosababisha tatizo hili?Ni mabadiliko gani unaweza kufanya kwenye mpango wa ukaguzi au utaratibu wa majaribio ili kuzuia tatizo hili kutokea tena?
Anzisha mawazo kwamba kila mchakato wa uzalishaji una mchakato wa ubora unaohusiana na unaohusiana.Hebu fikiria siku za usoni ambapo kuna uhusiano wa mtu-mmoja na kupima ubora kila mara.Haijalishi nini kitatokea kwa nasibu, ubora kamili unaweza kupatikana.Kila kituo cha kazi hupitia viashiria na viashirio muhimu vya utendaji kazi (KPIs) kila siku ili kubainisha maeneo ya kuboresha kabla ya matatizo kutokea.
Katika mfumo huu wa taratibu zilizofungwa, kila mchakato wa uzalishaji una makisio ya ubora, ambayo hutoa maoni ili kusimamisha mchakato, kuruhusu mchakato kuendelea au kufanya marekebisho ya wakati halisi.Mfumo hauathiriwi na uchovu au makosa ya kibinadamu.Mfumo wa ubora wa mzunguko uliofungwa ulioundwa kwa ajili ya uzalishaji wa ndege ni muhimu ili kufikia viwango vya ubora wa juu, kufupisha muda wa mzunguko, na kuhakikisha utiifu wa viwango vya AS9100.
Miaka kumi iliyopita, wazo la kulenga QA kwenye muundo wa bidhaa, utafiti wa soko, wasambazaji, huduma za bidhaa, au mambo mengine yanayoathiri kuridhika kwa wateja halikuwezekana.Muundo wa bidhaa unaeleweka kuwa unatoka kwa mamlaka ya juu;ubora ni juu ya kutekeleza miundo hii kwenye mstari wa mkutano, bila kujali mapungufu yao.
Leo, makampuni mengi yanafikiria upya jinsi ya kufanya biashara.Hali ya mwaka 2018 huenda isiwezekane tena.Wazalishaji zaidi na zaidi wanakuwa nadhifu na wenye busara.Ujuzi zaidi unapatikana, ambayo inamaanisha akili bora ya kuunda bidhaa inayofaa mara ya kwanza, kwa ufanisi na utendaji wa juu.