Jedným z kľúčových faktorov stojacich za zvýšeným používaním titánových zliatin je rozšírené používanie kompozitov z uhlíkových vlákien v leteckom priemysle. Zliatiny titánu a kompozity s uhlíkovými vláknami vykazujú vynikajúcu kompatibilitu, ponúkajú nielen vysokú pevnosť a odolnosť proti korózii, ale aj účinné zníženie hmotnosti, vďaka čomu sú obzvlášť vhodné pre oblasti s vysokým{1}}namáhaním a kritické komponenty prichádzajúce do kontaktu s kompozitnými materiálmi. Tento prudký nárast používania titánových zliatin však predstavuje pre výrobcov letectva a kozmonautiku dvojitú výzvu: po prvé, titánové zliatiny sú kovy vysokej hodnoty a tradičné procesy kovania vedú k extrémne nízkej spotrebe materiálu, pričom až 80 % až 95 % surovín sa potenciálne stratí počas obrábania, čo predstavuje výzvu pre snahu leteckého priemyslu o štíhlu výrobu a trvalo udržateľný rozvoj. Po druhé, nepretržitá optimalizácia výkonu lietadla sa stále viac spolieha na efektívnejší a ľahší konštrukčný dizajn, zatiaľ čo tradičné výrobné procesy často čelia obmedzeniam, ako sú vysoké náklady, dlhé dodacie lehoty alebo technická nerealizovateľnosť pri dosahovaní zložitých integrovaných štruktúr. Existuje teda výrobná metóda, ktorá dokáže súčasne riešiť naliehavý problém plytvania materiálom a uvoľniť budúci potenciál zložitých konštrukčných návrhov? Airbus, letecký výrobca, odpovedal na tieto otázky svojou technológiou výroby aditív-nanášania energie riadeným drôtom (w-DED), ktorú používa už mnoho rokov.
Ako w-DED funguje?
Airbus vysvetľuje, že táto technológia využíva viacosové robotické rameno vybavené navijakom z titánovej zliatiny, ktorý sa presne pohybuje podľa digitálneho modelu. Sústredením energie, ako sú laserové, plazmové alebo elektrónové lúče na drôt, sa okamžite roztaví a ukladá vrstvu po vrstve na substrát. Na prvý pohľad tento proces pripomína zváranie, ale v skutočnosti je úplne riadený trojrozmerným modelom, ktorý dokáže „vytlačiť“ materiál zdola nahor do takzvanej „prázdnej časti“. Tento polotovar je už veľmi blízko konečnému požadovanému tvaru a dosahuje stav „takmer-čistého-tvaru“ a na splnenie presných rozmerových požiadaviek dielu je potrebná len rýchla úprava.
Odomknutie potenciálu konštrukčných komponentov z titánovej zliatiny veľkých lietadiel
Odomknutie potenciálu konštrukčných komponentov z titánovej zliatiny veľkých lietadiel
Zatiaľ čo technológia kovovej 3D tlače sa v oblasti letectva a kozmonautiky používa približne desaťročie, predtým bola primárne obmedzená na malé časti. Systémy 3D tlače "Práškové lôžko" sa zvyčajne používajú na výrobu dielov kratších ako 60 centimetrov (asi dve stopy). Na rozdiel od toho technológia w{5}}DED umožnila Airbusu prekonať obmedzenia veľkosti a vyrábať veľké konštrukčné komponenty z titánovej zliatiny s dĺžkou až sedem metrov (viac ako 23 stôp). Nový proces sľubuje rýchlosť výroby niekoľko kilogramov materiálu za hodinu. To umožňuje priemyselnú-rozsiahlu{10}}výrobu technológie 3D tlače pre konštrukčné komponenty veľkých komerčných lietadiel.
Pomáha znižovať množstvo odpadu z titánových surovín
V dnešnej snahe o udržateľnú a štíhlu výrobu tradičné procesy kovania zápasia o splnenie prísnej kontroly nákladov a požiadaviek na efektívnosť zdrojov leteckých výrobcov. Jedným z kľúčových dôvodov, prečo Airbus zaviedol výrobu aditív DED, je zabrániť plytvaniu materiálom počas spracovania už od začiatku. Je to preto, že pri aditívnej výrobe DED sú diely pestované po vrstvách-po{3}}vrstve v takmer-sieťovom{5}}tvare, ktorý sa veľmi podobá konečnému tvaru dizajnu a vyžaduje len minimálne následné opracovanie.
Zlepšenie agilnosti vývoja lietadiel
Tradičné procesy zápustkového kovania vyžadujú výrobu veľkých, zložitých foriem, proces, ktorý môže trvať až dva roky a vyžaduje značné počiatočné investície. Naproti tomu tvar 3D-tlačených dielov je úplne definovaný počítačovými programami, čím sa cykly dodania skrátia len na niekoľko týždňov. Svižnosť, ktorú ponúka w{{4}DED, je obzvlášť prospešná pre hladkú a včasnú výrobu prvého prototypu,-aj keď sa detailné návrhy stále dolaďujú-a optimalizujú, technológia podporuje rýchlu iteráciu fyzických komponentov, kým sa celé lietadlo nedostane do finálnej montáže.
Prvé overenie vo výrobe A350
Airbus nedávno začal s integráciou hromadnej výroby veľkých komponentov vyrobených pomocou technológie w{0}}DED do obvodovej konštrukcie nákladových dverí lietadla A350. V tejto prieskumnej fáze sú tieto špecifické časti navrhnuté spoločnosťou Airbus vytlačené pomocou technológie plazmovej w{3}}DED kvalifikovanými dodávateľmi, následne testované ultrazvukom v Testia Bremen a nakoniec dokončené a zmontované vo vlastných továrňach Airbusu. Tieto diely sú funkčne a geometricky totožné s tradičnými kovanými dielmi, ktoré nahrádzajú, ale dosiahli výrazné úspory nákladov. Čo sa týka budúcnosti, Airbus plánuje použiť komponenty w{7}DED A350 ako východiskový bod na postupné rozširovanie tejto technológie na ďalšie projekty a kritickejšie časti lietadla (z dlhodobého hľadiska vrátane krídel a podvozku).
Určené pre DED
Ešte dôležitejšie je, že táto technológia viedla k vzniku nového konceptu „navrhnutého pre DED“. Inžinieri už nemusia rozkladať zložité komponenty na viacero nezávislých častí na samostatnú výrobu a montáž; namiesto toho ich môžu navrhnúť ako jeden štrukturálne optimalizovaný integrovaný komponent a vytlačiť ich naraz. Táto schopnosť integrovať viacero dielov do jedného komponentu efektívne zjednoduší dodávateľský reťazec, zníži počet montážnych krokov a skráti výrobné cykly, čím naplno využije potenciál lietadiel ďalšej{2}}generácie založených na konceptoch 3D dizajnu.
Podpora výrobnej aplikácie kľúčových komponentov
V súčasnosti spoločnosť Airbus a jej partneri robia veľké pokroky v hromadení skúseností s výrobou kľúčových komponentov pomocou technológie w-DED (wafer{1}}to{2}}find) a dosiahli povzbudzujúci pokrok. Inžinieri testujú rôzne zdroje energie vrátane plazmy, oblúkového zvárania, elektrónových lúčov a laserových lúčov a súčasne vyhodnocujú stratégie „outsourcingu“ (zadanie tlače externým výrobcom) a „internej výroby“ (interná výroba). Okrem toho bude táto technológia štandardizovaná na úrovni skupiny Airbus, aby sa zabezpečila jej aplikácia a propagácia v celej spoločnosti.
Systematické presadzovanie logiky letovej spôsobilosti
Časovo{0}}najnáročnejším a najnáročnejším aspektom certifikácie letovej spôsobilosti je uznanie bezpečnosti, teda ako dokázať, že materiály sú bezpečné. Medzinárodný výrobný priemysel civilného letectva nazbieral skúsenosti počas mnohých rokov praxe. Keď spomíname certifikáciu letovej spôsobilosti, máme na mysli certifikáciu častí lietadiel, ktorá zahŕňa tri aspekty: materiály, procesy a dizajn. Aditívna výroba-Technológia 3D tlače{11}}zahŕňa všetky tri prvky. Po prvé, aditívna výroba je výrobný proces. Medzitým maximalizácia hodnoty tejto technológie vyžaduje dizajn pre aditívnu výrobu. Použitie nových materiálov v aditívnej výrobe dielov pridáva ďalší prvok vyžadujúci overenie bezpečnosti. Preto je najbezpečnejším prístupom riešiť tento problém krok za krokom a minimalizovať riziká. Prístup spoločnosti Airbus k výrobe aditív DED z titánovej zliatiny odzrkadľuje logiku „troch{13}}krokov“ letovej spôsobilosti, o ktorej sme hovorili v rozhovore vyššie. Po prvé, počnúc sekundárnymi nosnými{15}konštrukciami, ako sú nákladné dvere A350, bola overená spoľahlivosť samotného procesu w{17}}DED pri zachovaní nezmenených materiálov a dizajnu. Potom sa to postupne rozšírilo na primárne nosné{20}konštrukcie, čím sa podporila optimalizácia „navrhnutá pre DED“. V súčasnosti sa pozornosť sústreďuje skôr na odomknutie potenciálu tradičných materiálov pomocou nových procesov, než na súčasné výzvy na úplne nové cesty v materiáloch, procesoch a dizajne. Tento fázovaný, rizikom{21}}riadený prístup nielenže odráža nevyhnutný rytmus industrializácie, ale odhaľuje aj podstatu výroby aditív v letectve{23}}nie je to len technologická inovácia, ale aj systematický projekt „budovania dôvery“. Ako premeniť technologickú inováciu na spoľahlivú hodnotu, ktorá môže byť certifikovaná a sériovo vyrábaná v rámci letovej spôsobilosti, a základné načasovanie, stratifikácia rizika a logika overovania si môžu viac zaslúžiť hlbšiu úvahu v tomto odvetví ako konkrétne technické detaily.