به گفته SmarTech، یک شرکت مشاوره فناوری تولید، هوافضا دومین صنعت بزرگی است که توسط تولید افزودنی (AM) خدمت می‌شود و بعد از پزشکی در رتبه دوم قرار دارد.با این حال، هنوز عدم آگاهی از پتانسیل ساخت افزودنی مواد سرامیکی در ساخت سریع اجزای هوافضا، افزایش انعطاف‌پذیری و مقرون‌به‌صرفه بودن وجود دارد.AM می‌تواند قطعات سرامیکی قوی‌تر و سبک‌تر را سریع‌تر و پایدارتر تولید کند که باعث کاهش هزینه‌های نیروی کار، به حداقل رساندن مونتاژ دستی، و بهبود کارایی و عملکرد از طریق طراحی توسعه‌یافته توسط مدل‌سازی می‌شود و در نتیجه وزن هواپیما را کاهش می‌دهد.علاوه بر این، فناوری ساخت افزودنی سرامیک، کنترل ابعادی قطعات تمام شده را برای ویژگی های کوچکتر از 100 میکرون فراهم می کند.
با این حال، کلمه سرامیک ممکن است تصور اشتباهی از شکنندگی را به ذهن متبادر کند.در واقع، سرامیک های تولید شده با مواد افزودنی، قطعات سبک تر و ظریف تر را با استحکام ساختاری، چقرمگی و مقاومت در برابر طیف وسیعی از دما تولید می کنند.شرکت‌های آینده‌نگر به قطعات تولید سرامیک از جمله نازل‌ها و پروانه‌ها، عایق‌های الکتریکی و پره‌های توربین روی آورده‌اند.
به عنوان مثال، آلومینا با خلوص بالا دارای سختی بالایی است و دارای مقاومت در برابر خوردگی و محدوده دمایی قوی است.اجزای ساخته شده از آلومینا نیز در دمای بالا که در سیستم های هوافضا رایج است عایق الکتریکی هستند.
سرامیک های مبتنی بر زیرکونیا می توانند کاربردهای بسیاری را با نیازهای شدید مواد و استرس مکانیکی بالا، مانند قالب گیری فلزی، سوپاپ ها و یاتاقان ها برآورده کنند.سرامیک های نیترید سیلیکون دارای استحکام بالا، چقرمگی بالا و مقاومت در برابر شوک حرارتی عالی و همچنین مقاومت شیمیایی خوبی در برابر خوردگی انواع اسیدها، قلیایی ها و فلزات مذاب هستند.نیترید سیلیکون برای عایق ها، پروانه ها و آنتن های دی الکتریک با دمای بالا استفاده می شود.
سرامیک های کامپوزیت چندین کیفیت مطلوب را ارائه می دهند.ثابت شده است که سرامیک های مبتنی بر سیلیکون که با آلومینا و زیرکون اضافه شده اند، عملکرد خوبی در ساخت قطعات ریخته گری تک کریستال برای پره های توربین دارند.دلیل آن این است که هسته سرامیکی ساخته شده از این ماده دارای انبساط حرارتی بسیار کم تا دمای 1500 درجه سانتیگراد، تخلخل بالا، کیفیت سطح عالی و قابلیت شستشوی خوب است.چاپ این هسته ها می تواند طراحی های توربین هایی را تولید کند که می توانند دمای عملیاتی بالاتری را تحمل کنند و راندمان موتور را افزایش دهند.
به خوبی شناخته شده است که قالب گیری تزریقی یا ماشینکاری سرامیک بسیار دشوار است و ماشینکاری دسترسی محدودی به اجزای در حال تولید را فراهم می کند.ماشینکاری ویژگی هایی مانند دیواره های نازک نیز دشوار است.
با این حال، لیتوز از تولید سرامیک مبتنی بر لیتوگرافی (LCM) برای تولید اجزای سرامیکی سه بعدی دقیق و پیچیده استفاده می کند.
با شروع از مدل CAD، مشخصات دقیق به صورت دیجیتالی به چاپگر سه بعدی منتقل می شود.سپس پودر سرامیکی که دقیقاً فرموله شده است را به بالای دیگ شفاف بمالید.سکوی متحرک ساخت و ساز در گل غوطه ور می شود و سپس به طور انتخابی در معرض نور مرئی از زیر قرار می گیرد.تصویر لایه توسط یک دستگاه میکرو آینه دیجیتال (DMD) همراه با سیستم پروجکشن تولید می شود.با تکرار این فرآیند می توان لایه به لایه یک قسمت سبز رنگ سه بعدی تولید کرد.پس از عملیات حرارتی پس از عملیات حرارتی، بایندر برداشته می شود و قسمت های سبز با فرآیند گرمایش ویژه با هم ترکیب می شوند تا یک قطعه سرامیکی کاملا متراکم با خواص مکانیکی و کیفیت سطح عالی تولید شود.
فناوری LCM فرآیندی مبتکرانه، مقرون به صرفه و سریع‌تر را برای ریخته‌گری سرمایه‌گذاری اجزای موتور توربین ارائه می‌کند - با دور زدن ساخت قالب گران‌قیمت و پرزحمت مورد نیاز برای قالب‌گیری تزریقی و ریخته‌گری موم گمشده.
LCM همچنین می تواند به طرح هایی دست یابد که با روش های دیگر قابل دستیابی نیستند، در حالی که از مواد خام بسیار کمتری نسبت به روش های دیگر استفاده می کنند.
با وجود پتانسیل بالای مواد سرامیکی و فناوری LCM، هنوز شکافی بین سازندگان تجهیزات اصلی AM (OEM) و طراحان هوافضا وجود دارد.
یکی از دلایل ممکن است مقاومت در برابر روش‌های جدید تولید در صنایع با الزامات ایمنی و کیفیت سختگیرانه باشد.تولید هوافضا به فرآیندهای تأیید و صلاحیت بسیاری و همچنین آزمایشات دقیق و دقیق نیاز دارد.
مانع دیگر شامل این باور است که چاپ سه بعدی به جای هر چیزی که می تواند در هوا مورد استفاده قرار گیرد، عمدتاً فقط برای نمونه سازی سریع یکبار مصرف مناسب است.باز هم، این یک سوء تفاهم است و استفاده از قطعات سرامیکی پرینت سه بعدی در تولید انبوه ثابت شده است.
یک مثال تولید پره های توربین است که در آن فرآیند سرامیکی AM هسته های تک کریستالی (SX) و همچنین پره های سوپرآلیاژی توربین انجماد جهت دار (DS) و ریخته گری هم محور (EX) را تولید می کند.هسته‌هایی با ساختارهای شاخه‌ای پیچیده، دیوارهای متعدد و لبه‌های دنباله‌ای کمتر از 200 میکرومتر را می‌توان سریع و اقتصادی تولید کرد و اجزای نهایی دارای دقت ابعادی ثابت و پرداخت سطح عالی هستند.
افزایش ارتباطات می تواند طراحان هوافضا و AM OEM ها را گرد هم آورد و به قطعات سرامیکی تولید شده با استفاده از LCM و سایر فناوری ها کاملاً اعتماد کند.تکنولوژی و تخصص وجود دارد.باید طرز تفکر AM را برای تحقیق و توسعه و نمونه سازی تغییر دهد و آن را راهی برای کاربردهای تجاری در مقیاس بزرگ ببیند.
علاوه بر آموزش، شرکت‌های هوافضا می‌توانند روی پرسنل، مهندسی و آزمایش نیز وقت بگذارند.سازندگان باید با استانداردها و روش های مختلف برای ارزیابی سرامیک ها آشنا باشند نه فلزات.به عنوان مثال، دو استاندارد کلیدی ASTM لیتوز برای سرامیک های ساختاری ASTM C1161 برای تست مقاومت و ASTM C1421 برای تست چقرمگی است.این استانداردها برای سرامیک های تولید شده با همه روش ها اعمال می شود.در تولید افزودنی های سرامیکی، مرحله چاپ صرفاً یک روش شکل دهی است و قطعات همانند سرامیک های سنتی، پخته می شوند.بنابراین، ریزساختار قطعات سرامیکی بسیار شبیه به ماشینکاری معمولی خواهد بود.
بر اساس پیشرفت مداوم مواد و فناوری، می توان با اطمینان گفت که طراحان داده های بیشتری را دریافت خواهند کرد.مواد سرامیکی جدید با توجه به نیازهای مهندسی خاص توسعه و سفارشی سازی خواهند شد.قطعات ساخته شده از سرامیک AM فرآیند صدور گواهینامه را برای استفاده در هوافضا تکمیل می کنند.و ابزارهای طراحی بهتری مانند نرم افزار مدل سازی بهبودیافته را ارائه می دهد.
با همکاری کارشناسان فنی LCM، شرکت‌های هوافضا می‌توانند فرآیندهای سرامیکی AM را معرفی کنند که زمان را کاهش می‌دهد، هزینه‌ها را کاهش می‌دهد و فرصت‌هایی برای توسعه مالکیت معنوی خود ایجاد می‌کند.با آینده نگری و برنامه ریزی بلندمدت، شرکت های هوافضا که در فناوری سرامیک سرمایه گذاری می کنند، می توانند در ده سال آینده و پس از آن از مزایای قابل توجهی در کل مجموعه تولید خود بهره مند شوند.
با ایجاد مشارکت با AM Ceramics، سازندگان تجهیزات اصلی هوافضا قطعاتی را تولید خواهند کرد که قبلا غیرقابل تصور بودند.
About the author: Shawn Allan is the vice president of additive manufacturing expert Lithoz. You can contact him at sallan@lithoz-america.com.
شاون آلن در 1 سپتامبر 2021 در نمایشگاه سرامیک در کلیولند، اوهایو، در مورد مشکلات ارتباط موثر با مزایای تولید افزودنی های سرامیکی صحبت خواهد کرد.
اگرچه توسعه سیستم‌های پروازی مافوق صوت دهه‌هاست که وجود داشته است، اما اکنون به اولویت اصلی دفاع ملی ایالات متحده تبدیل شده است و این زمینه را در وضعیت رشد و تغییر سریع قرار می‌دهد.به عنوان یک حوزه چند رشته ای منحصر به فرد، چالش پیدا کردن کارشناسان با مهارت های لازم برای ارتقای توسعه آن است.با این حال، زمانی که متخصصان کافی وجود نداشته باشند، یک شکاف نوآوری ایجاد می‌کند، مانند قرار دادن طراحی برای قابلیت تولید (DFM) ابتدا در مرحله تحقیق و توسعه، و سپس تبدیل به شکاف تولیدی زمانی که برای ایجاد تغییرات مقرون‌به‌صرفه دیر شده است.
اتحادها، مانند اتحاد تازه تاسیس دانشگاه برای هایپرسونیک کاربردی (UCAH)، محیط مهمی را برای پرورش استعدادهای مورد نیاز برای پیشرفت این رشته فراهم می کنند.دانشجویان می توانند به طور مستقیم با محققان دانشگاه و متخصصان صنعت برای توسعه فناوری و پیشبرد تحقیقات حیاتی مافوق صوت کار کنند.
اگرچه UCAH و سایر کنسرسیوم‌های دفاعی به اعضا اجازه می‌دهند تا در مشاغل مختلف مهندسی شرکت کنند، باید کار بیشتری برای پرورش استعدادهای متنوع و با تجربه، از طراحی گرفته تا توسعه مواد و انتخاب تا کارگاه‌های تولیدی انجام شود.
به منظور ارائه ارزش ماندگارتر در این زمینه، اتحاد دانشگاهی باید توسعه نیروی کار را با همسویی با نیازهای صنعت، مشارکت دادن اعضا در تحقیقات مناسب صنعت و سرمایه گذاری در برنامه در اولویت قرار دهد.
هنگام تبدیل فناوری مافوق صوت به پروژه های تولیدی در مقیاس بزرگ، شکاف موجود در مهارت های مهندسی و تولید بزرگترین چالش است.اگر تحقیقات اولیه از این دره مرگ که به درستی نامگذاری شده است - شکاف بین تحقیق و توسعه و تولید و بسیاری از پروژه‌های بلندپروازانه شکست خورده است - در این صورت ما یک راه‌حل قابل اجرا و عملی را از دست داده‌ایم.
صنعت تولید ایالات متحده می تواند سرعت مافوق صوت را افزایش دهد، اما خطر عقب افتادن، افزایش اندازه نیروی کار برای مطابقت است.بنابراین دولت و کنسرسیوم های توسعه دانشگاه باید با تولیدکنندگان همکاری کنند تا این طرح ها عملی شود.
این صنعت شکاف های مهارتی را از کارگاه های تولیدی تا آزمایشگاه های مهندسی تجربه کرده است - این شکاف ها تنها با رشد بازار مافوق صوت بیشتر خواهد شد.فناوری های نوظهور نیازمند نیروی کار نوظهور برای گسترش دانش در این زمینه هستند.
کار مافوق صوت چندین حوزه کلیدی مختلف از مواد و ساختارهای مختلف را در بر می گیرد و هر منطقه دارای مجموعه ای از چالش های فنی خاص خود است.آنها نیاز به دانش دقیق بالایی دارند و اگر تخصص لازم وجود نداشته باشد، ممکن است موانعی برای توسعه و تولید ایجاد کند.اگر افراد کافی برای حفظ این شغل نداشته باشیم، تامین تقاضا برای تولید با سرعت بالا غیرممکن خواهد بود.
به عنوان مثال، ما به افرادی نیاز داریم که بتوانند محصول نهایی را بسازند.UCAH و سایر کنسرسیوم ها برای ترویج تولید مدرن و اطمینان از اینکه دانشجویان علاقه مند به نقش تولید را شامل می شوند ضروری هستند.از طریق تلاش‌های متقابل توسعه نیروی کار اختصاصی، صنعت قادر خواهد بود در چند سال آینده مزیت رقابتی را در برنامه‌های پرواز مافوق صوت حفظ کند.
با ایجاد UCAH، وزارت دفاع فرصتی را برای اتخاذ رویکردی متمرکزتر برای ایجاد قابلیت ها در این زمینه ایجاد می کند.همه اعضای ائتلاف باید با هم همکاری کنند تا توانایی های ویژه دانشجویان را آموزش دهند تا بتوانیم شتاب تحقیقات را ایجاد و حفظ کنیم و آن را گسترش دهیم تا نتایج مورد نیاز کشورمان را به دست آوریم.
اتحاد کامپوزیت های پیشرفته ناسا که اکنون بسته شده است نمونه ای از یک تلاش موفق برای توسعه نیروی کار است.اثربخشی آن نتیجه ترکیب کار تحقیق و توسعه با منافع صنعت است که به نوآوری اجازه می دهد تا در سراسر اکوسیستم توسعه گسترش یابد.رهبران صنعت به مدت دو تا چهار سال مستقیماً با ناسا و دانشگاه ها روی پروژه ها کار کرده اند.همه اعضا دانش و تجربه حرفه‌ای را توسعه داده‌اند، یاد گرفته‌اند که در یک محیط غیر رقابتی همکاری کنند، و دانشجویان کالج را برای پرورش بازیگران کلیدی صنعت در آینده پرورش داده‌اند.
این نوع توسعه نیروی کار شکاف‌های صنعت را پر می‌کند و فرصت‌هایی را برای کسب‌وکارهای کوچک فراهم می‌کند تا به سرعت نوآوری کنند و زمینه را برای دستیابی به رشد بیشتر فراهم کنند که منجر به ابتکارات امنیت ملی و امنیت اقتصادی ایالات متحده می‌شود.
اتحادهای دانشگاهی از جمله UCAH دارایی های مهم در زمینه هایفوق صوت و صنایع دفاعی هستند.اگرچه تحقیقات آنها نوآوری های نوظهور را ترویج کرده است، اما بزرگترین ارزش آنها در توانایی آنها برای آموزش نسل بعدی نیروی کار ما نهفته است.کنسرسیوم اکنون باید سرمایه گذاری در چنین طرح هایی را در اولویت قرار دهد.با انجام این کار، آنها می توانند به تقویت موفقیت بلندمدت نوآوری فراصوت کمک کنند.
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.
تولیدکنندگان محصولات پیچیده و بسیار مهندسی شده (مانند قطعات هواپیما) هر بار متعهد به کمال هستند.جایی برای مانور نیست.
از آنجایی که تولید هواپیما بسیار پیچیده است، سازندگان باید فرآیند کیفیت را با دقت مدیریت کنند و به هر مرحله توجه زیادی داشته باشند.این امر مستلزم درک عمیقی از نحوه مدیریت و انطباق با تولید پویا، کیفیت، ایمنی و مسائل زنجیره تامین در حین رعایت الزامات نظارتی است.
از آنجایی که عوامل زیادی بر تحویل محصولات با کیفیت بالا تأثیر می‌گذارند، مدیریت سفارشات پیچیده و دائماً در حال تغییر دشوار است.فرآیند کیفیت باید در هر جنبه ای از بازرسی و طراحی، تولید و آزمایش پویا باشد.به لطف استراتژی‌های Industry 4.0 و راه‌حل‌های تولیدی مدرن، مدیریت و غلبه بر این چالش‌های کیفیت آسان‌تر شده است.
تمرکز سنتی تولید هواپیما همیشه بر روی مواد بوده است.منشا اکثر مشکلات کیفیت ممکن است شکستگی شکننده، خوردگی، خستگی فلز یا عوامل دیگر باشد.با این حال، تولید هواپیماهای امروزی شامل فناوری های پیشرفته و مهندسی شده ای است که از مواد مقاوم استفاده می کنند.ایجاد محصول از فرآیندها و سیستم های الکترونیکی بسیار تخصصی و پیچیده استفاده می کند.راه حل های نرم افزاری مدیریت عملیات عمومی ممکن است دیگر نتوانند مشکلات بسیار پیچیده را حل کنند.
قطعات پیچیده تر را می توان از زنجیره تامین جهانی خریداری کرد، بنابراین باید توجه بیشتری به یکپارچه سازی آنها در طول فرآیند مونتاژ شود.عدم قطعیت چالش های جدیدی را برای دیده شدن زنجیره تامین و مدیریت کیفیت به ارمغان می آورد.اطمینان از کیفیت بسیاری از قطعات و محصولات نهایی مستلزم روش‌های کیفی بهتر و یکپارچه‌تر است.
Industry 4.0 نشان دهنده توسعه صنعت تولید است و برای برآورده ساختن الزامات کیفیت سختگیرانه به فناوری های بیشتر و پیشرفته تری نیاز است.فناوری‌های پشتیبانی شامل اینترنت اشیاء صنعتی (IIoT)، رشته‌های دیجیتال، واقعیت افزوده (AR) و تجزیه و تحلیل پیش‌بینی‌کننده هستند.
Quality 4.0 یک روش کیفیت فرآیند تولید مبتنی بر داده را توصیف می کند که شامل محصولات، فرآیندها، برنامه ریزی، انطباق و استانداردها می شود.این سیستم به جای جایگزینی روش‌های کیفیت سنتی، با استفاده از بسیاری از فناوری‌های جدید مشابه همتایان صنعتی خود، از جمله یادگیری ماشین، دستگاه‌های متصل، محاسبات ابری، و دوقلوهای دیجیتال، ساخته شده است تا گردش کار سازمان را تغییر دهد و نقص‌های احتمالی محصولات یا فرآیندها را حذف کند.انتظار می رود ظهور Quality 4.0 با افزایش اتکا به داده ها و استفاده عمیق تر از کیفیت به عنوان بخشی از روش کلی ایجاد محصول، فرهنگ محیط کار را بیشتر تغییر دهد.
Quality 4.0 مسائل عملیاتی و تضمین کیفیت (QA) را از ابتدا تا مرحله طراحی یکپارچه می کند.این شامل نحوه مفهوم سازی و طراحی محصولات می شود.نتایج بررسی‌های اخیر صنعت نشان می‌دهد که بیشتر بازارها فرآیند انتقال طراحی خودکار ندارند.فرآیند دستی فضایی را برای خطاها باقی می گذارد، خواه این یک خطای داخلی باشد یا طراحی ارتباطی و تغییرات در زنجیره تامین.
علاوه بر طراحی، Quality 4.0 همچنین از یادگیری ماشینی فرآیند محور برای کاهش ضایعات، کاهش دوباره کاری و بهینه سازی پارامترهای تولید استفاده می کند.علاوه بر این، مشکلات مربوط به عملکرد محصول را پس از تحویل نیز حل می‌کند، از بازخورد در محل برای به‌روزرسانی نرم‌افزار محصول از راه دور استفاده می‌کند، رضایت مشتری را حفظ می‌کند و در نهایت کسب و کار را تکرار می‌کند.در حال تبدیل شدن به شریک جدایی ناپذیر Industry 4.0 است.
با این حال، کیفیت فقط برای پیوندهای تولیدی انتخاب شده قابل اجرا نیست.فراگیر بودن Quality 4.0 می تواند یک رویکرد کیفیت جامع را در سازمان های تولیدی القا کند و قدرت تحول داده ها را به بخشی جدایی ناپذیر از تفکر شرکتی تبدیل کند.انطباق در تمام سطوح سازمان به شکل گیری فرهنگ کیفیت کلی کمک می کند.
هیچ فرآیند تولیدی نمی تواند در 100٪ مواقع به طور کامل اجرا شود.تغییر شرایط باعث رخدادهای پیش بینی نشده ای می شود که نیاز به اصلاح دارد.کسانی که در کیفیت تجربه دارند می دانند که همه چیز در مورد روند حرکت به سمت کمال است.چگونه اطمینان حاصل می کنید که کیفیت در فرآیند گنجانده شده است تا مشکلات را در اسرع وقت شناسایی کنید؟وقتی نقص را پیدا کردید چه خواهید کرد؟آیا عوامل خارجی باعث ایجاد این مشکل می شود؟برای جلوگیری از تکرار این مشکل چه تغییراتی می توانید در طرح بازرسی یا روش آزمایش ایجاد کنید؟
این ذهنیت را ایجاد کنید که هر فرآیند تولید دارای یک فرآیند کیفیت مرتبط و مرتبط است.آینده ای را تصور کنید که در آن رابطه یک به یک وجود دارد و دائماً کیفیت را بسنجید.مهم نیست که چه اتفاقی بیفتد، می توان به کیفیت عالی دست یافت.هر مرکز کاری شاخص ها و شاخص های کلیدی عملکرد (KPI) را به صورت روزانه بررسی می کند تا قبل از بروز مشکلات، زمینه های بهبود را شناسایی کند.
در این سیستم حلقه بسته، هر فرآیند تولید یک استنتاج کیفیت دارد که بازخوردی را برای توقف فرآیند، اجازه ادامه فرآیند یا انجام تنظیمات بلادرنگ ارائه می‌دهد.سیستم تحت تأثیر خستگی یا خطای انسانی قرار نمی گیرد.یک سیستم کیفیت حلقه بسته طراحی شده برای تولید هواپیما برای دستیابی به سطوح کیفیت بالاتر، کوتاه کردن زمان چرخه و اطمینان از انطباق با استانداردهای AS9100 ضروری است.
ده سال پیش، ایده تمرکز QA بر طراحی محصول، تحقیقات بازار، تامین کنندگان، خدمات محصول یا سایر عواملی که بر رضایت مشتری تأثیر می گذارد غیرممکن بود.درک می شود که طراحی محصول از یک مقام بالاتر است.کیفیت در مورد اجرای این طرح ها در خط مونتاژ بدون توجه به کاستی های آنها است.
امروزه بسیاری از شرکت ها در حال بازاندیشی در مورد نحوه انجام تجارت هستند.وضعیت موجود در سال 2018 ممکن است دیگر امکان پذیر نباشد.تولید کنندگان بیشتر و بیشتری باهوش تر و باهوش تر می شوند.دانش بیشتر در دسترس است، که به معنای هوش بهتر برای ساخت محصول مناسب در اولین بار، با کارایی و عملکرد بالاتر است.