Przez lata udowodniono, że przemysł lotniczy jest jednym z najszybciej rozwijających się zastosowań druku 3D na całym świecie. Różnorodność odmian, małe partie i złożone struktury to unikalne cechy produktów przemysłu lotniczego. Pilne zapotrzebowanie na lekki, tani i szybki rozwój jest wysoce zgodne z cechami druku 3D, takimi jak wysoki stopień swobody i szybkie formowanie. Niektórzy producenci samolotów mogą nawet skorzystać z krótkiego przestoju, aby zmodernizować swoje samoloty, zbudować cyfrowe inwentaryzacje w celu konserwacji starzejących się samolotów i zastosować zaawansowane techniki produkcji do stworzenia samolotów nowej generacji. Na przykład produkowany w moim kraju duży samolot C919 jest projektowany i produkowany próbnie przy użyciu wielu technologii druku 3D.
Przyjrzyjmy się bliżej, dlaczego branża lotnicza wykorzystuje druk 3D i zobaczmy, jak te wspólne zalety można wykorzystać w produkcji samolotów:
Integracja części
Najsłabszym punktem zespołu części jest miejsce jego złożenia. W przypadku samolotów taka słabość może stać się krytycznym punktem awarii, zagrażającym życiu ludzkiemu.
Poprzez włączenie wielu komponentów części do jednej wydrukowanej w 3D konstrukcji, liczba punktów montażowych jest koniecznie zmniejszona. Unikalne geometrie możliwe dzięki drukowaniu 3D mogą zredukować to, co normalnie składałoby się z dziesiątek lub setek części, do zaledwie kilku — lub pojedynczej części. Brak spawania, nitowania lub innych elementów złącznych wymaganych do łączenia części nie tylko ogranicza montaż, ale także zmniejsza liczbę potencjalnych punktów awarii.
Im więcej skonsolidowanych komponentów, tym większe oszczędności. Jeśli niektóre części zostaną zamocowane po montażu, może to być okazja do zintegrowania projektu. Złożoność jest często bezpłatna w produkcji addytywnej, a najbardziej udane części wykorzystują ten aksjomat w jak największym stopniu. Korzyści z integracji części obejmują głównie:
Zredukowany montaż: Obejmuje to zmniejszenie robocizny, zapasów, przyrządów/narzędzi i śladu produkcyjnego przeznaczonego na produkt końcowy. Kontrole montażowe są również ograniczone, co znacznie zmniejsza ryzyko błędów montażowych.
Mniej punktów awarii: długoterminowe koszty konserwacji są zmniejszone, a zapasy części zamiennych można zmniejszyć. W razie potrzeby wymianę małych partii można przeprowadzić szybko i ekonomicznie.
Niższe koszty operacyjne: Dzięki wytwarzaniu przyrostowemu optymalizacja części poprzez swobodę projektowania poprawia wydajność produktu, umożliwiając ulepszenia, takie jak redukcja masy części i lepsza wydajność termiczna.
Lwaga lekka
W przypadku sprzętu używanego w locie „gramy są złotem”, a każdy kilogram utraty wagi może zaoszczędzić setki tysięcy juanów na kosztach. Lżejsze komponenty oznaczają mniej paliwa, co nie tylko zmniejsza ślad węglowy związany z lataniem, ale także obniża koszty latania.
Druk 3D wciąż wprowadza innowacje w oparciu o tradycyjne materiały produkcyjne. W tych samych częściach konstrukcyjnych stosuje się formuły materiałów do drukowania 3D o lepszych parametrach, aby tworzyć lżejsze części końcowe. W połączeniu z lekkimi strukturami, takimi jak integracja komponentów, optymalizacja topologii drukowania 3D i struktury kratownicowe, jest to szczególnie korzystne w przypadku lekkich konstrukcji samolotów, dzięki czemu są one bardziej funkcjonalne.
Zwiększona swoboda projektowania
Wiele osób pracujących w produkcji addytywnej lubi twierdzić, że technologia ta zapewnia dużą „swobodę projektowania”, ponieważ po raz pierwszy można uzyskać złożone geometrie, których nie można wytworzyć innymi procesami produkcyjnymi.
W przeszłości komponenty o bardzo złożonej konstrukcji były trudne lub bardzo drogie w produkcji lub w ogóle nie mogły być produkowane. Wykorzystując procesy wytwarzania addytywnego, bardzo złożone dwu- lub trójwymiarowe części metalowe można wytwarzać w stosunkowo prosty sposób, co jest opłacalnym sposobem integralnego formowania elementów konstrukcyjnych składających się z części pełnych i siatkowych.
Metody projektowania, takie jak optymalizacja topologii i projektowanie generatywne, skutecznie pomogły drukowi 3D w opracowywaniu nowych kształtów, o których nigdy wcześniej nie myślano. Te złożone konstrukcje siatkowe nie tylko oszczędzają wagę, wprowadzając materiał tylko tam, gdzie to konieczne, ale są również często mocniejsze niż tradycyjne konstrukcje. Chociaż nadal istnieją pewne ograniczenia, które mogą się różnić w zależności od techniki drukowania 3D i użytych materiałów, ograniczenia te są pod wieloma względami znacznie mniej dotkliwe niż te obserwowane w tradycyjnych subtraktywnych procesach produkcyjnych. Można zaprojektować nowe wewnętrzne i zewnętrzne części samolotu, aby zastąpić starzejące się oryginalne części, a także zastosować bardziej elastyczne sztuczki projektowe, aby dodać ekstremalnej funkcjonalności.
Szybka iteracja prototypowania
Nazwa pierwotnego zastosowania druku 3D to szybkie prototypowanie. Od szkiców, przez projekty CAD, po pierwsze prototypy — potem drugi, trzeci i tak dalej — drukowanie 3D przyspiesza wprowadzanie nowych produktów na rynek. Od zaprojektowania do wyprodukowania łopatki turbiny tradycyjną technologią trwa około pół roku, ale wykonanie formy trwa około pół roku. Jednak użycie technologii druku 3D może zapewnić szybki zwrot i iterację w ciągu kilku dni lub tygodni.
Produkcja małoseryjna
W przemyśle lotniczym produkuje się stosunkowo niewiele samolotów pod względem całkowitej produkcji w porównaniu z produkcją samochodów lub urządzeń elektrycznych.
Wysokowartościowa, małoseryjna produkcja doskonale nadaje się do druku 3D. Podczas gdy wiele tradycyjnych procesów produkcyjnych wymaga wykonania kosztownych narzędzi i form, co zapewnia korzyści skali dla produkcji masowej, wytwarzanie przyrostowe eliminuje potrzebę stosowania form. Jednorazowo można wykonać jeden lub kilka elementów — w tym różne projekty na tej samej platformie roboczej — bez dodatkowych kosztów formowania lub oprzyrządowania.
Punkt przegięcia między wytwarzaniem addytywnym a wytwarzaniem tradycyjnym zwykle wymaga wyprodukowania setek lub tysięcy części, dopóki tradycyjne technologie nie staną się bardziej opłacalne, i chociaż może to ostatecznie obniżyć koszt każdej części formowanej wtryskowo do groszy, to dopiero na tym skrzyżowaniu punkt, drukowanie 3D będzie bardziej opłacalne. Oszczędzanie materiału jest konieczne zwłaszcza w przypadku stosowania materiałów o wysokiej wartości.
Dinwentarz cyfrowy
Gdy samolot zbliża się do końca okresu użytkowania, często można go uratować, wymieniając niektóre części, aby mógł nadal latać. Konwencjonalnym sposobem na to jest korzystanie z fizycznych magazynów, w których części zamienne są składowane na półkach w razie potrzeby. W większości przypadków te części zamienne są produkowane w tym samym czasie co oryginalne seryjne części OEM i są zarezerwowane na potrzeby wymiany zużytych części. Ale jeśli taka potrzeba nigdy się nie pojawi, marnują nie tylko czas i koszty ich produkcji, ale także lata, kiedy leżą na półkach. Co gorsza, jeśli pojawi się popyt, zabraknie części zamiennych, zwłaszcza tych, które są na zawsze wycofane z produkcji - brak nawet niewielkiej części może spowodować uziemienie samolotu.
Zamiast fizycznego umieszczania przedmiotów na półkach, podejście do inwentaryzacji cyfrowej przechowuje pliki projektowe, które można wydrukować w 3D. Te części, które wymagają wymiany, można wyprodukować w dowolnym miejscu i czasie przy użyciu odpowiednich technik drukowania 3D, ponownie bez konieczności wcześniejszego wytwarzania drogich form lub narzędzi. Zamiast czekać na opóźnienia producentów OEM, zmniejszając w ten sposób presję na fizyczne zapasy, jednocześnie przedłużając żywotność lotu, tak aby nie był w stanie latać z powodu małej części.
Lataj wyżej i dalej dzięki drukowi 3D
Produkcja samolotów, od prototypów po części zamienne, w coraz większym stopniu korzysta z wykorzystania druku 3D w łańcuchu dostaw. Zdecentralizowana produkcja, nowe możliwości projektowe oraz redukcja czasu, materiałów i kosztów zapewniają samolotom nowe sposoby na utrzymywanie wysokich lotów.
Proces produkcyjny o wartości dodanej zastępuje tradycyjną produkcję, która może obniżyć koszty form i osiągnąć redukcję kosztów oraz wzrost wydajności w wielu aspektach. Materiały do druku 3D są materiałową podstawą rozwoju technologii druku 3D, a metale, ceramika i materiały kompozytowe to wyłaniające się tory w dziedzinie druku 3D. Według statystyk branżowych opublikowanych przez Wohlers Associates Inc, w branżach związanych z drukiem 3D, przemysł motoryzacyjny, elektronika użytkowa i lotnictwo stanowią największy odsetek, a metale, ceramika i materiały kompozytowe staną się „punktem zwrotnym” Materiały do druku 3D.
Na tle planu „Made in China 2025” druk 3D stał się głównym kierunkiem promocji inteligentnej produkcji w moim kraju, a lotnictwo jest jednym z ważnych obszarów zastosowań wytwarzania przyrostowego. Obecnie w dziedzinie lotnictwa w kraju i za granicą samoloty o dużej liczbie Macha i dużej manewrowości pojawiają się w nieskończoność i stają się jednym z głównych trendów rozwojowych następnej generacji pojazdów lotniczych. Jego wymagania projektowe nakładają wyższe wymagania na procesy projektowania i produkcji. Większość komponentów ma cechy dużych rozmiarów, złożonego kształtu i wielu struktur. Technologia druku 3D ma ogromne zalety w zintegrowanej produkcji części wielkogabarytowych, produkcji specjalnych i złożonych części konstrukcyjnych oraz produkcji masowo dostosowanych części konstrukcyjnych.
JR może zapewnić Ci projektowanie, proces drukowania 3D, przetwarzanie końcowe, obróbkę CNC i inne kompleksowe usługi. Obecnie współpracuje z wieloma instytucjami naukowo-badawczymi, uniwersytetami i przedsiębiorstwami w dziedzinie zastosowań lotniczych i jest zaangażowana w dostarczanie kompleksowego rozwiązania do pośredniego drukowania 3D w metalu o wysokiej wydajności, lekkiej i drobnej mikrostrukturze.