Одним із ключових факторів збільшення використання титанових сплавів є широке застосування композитів з вуглецевого волокна в аерокосмічному виробництві. Титанові сплави та композити з вуглецевого волокна демонструють чудову сумісність, забезпечуючи не лише високу міцність і стійкість до корозії, але й ефективне зменшення ваги, що робить їх особливо придатними для -зон високого навантаження та критичних компонентів, які контактують із композитними матеріалами. Однак таке різке зростання використання титанових сплавів створює подвійну проблему для виробників аерокосмічної галузі: по-перше, титанові сплави є високо-вартісними металами, а традиційні процеси кування призводять до надзвичайно низького використання матеріалу, до 80–95% сировини потенційно витрачається під час механічної обробки, що створює виклик для аерокосмічної промисловості, спрямованої на економічне виробництво та сталий розвиток. По-друге, безперервна оптимізація характеристик літака все більше залежить від більш ефективної та легкої конструкції конструкції, тоді як традиційні виробничі процеси часто стикаються з обмеженнями, такими як висока вартість, довгий час виконання або технічна нездійсненність при створенні складних інтегрованих структур. Отже, чи існує метод виробництва, який може одночасно вирішити нагальну проблему матеріальних відходів і розкрити майбутній потенціал складних структурних конструкцій? Аерокосмічний виробник Airbus відповів на ці запитання своєю технологією адитивного виробництва-спрямованого енергетичного осадження (w-DED), яку він практикує багато років.
Як працює w-DED?
Airbus пояснює, що ця технологія використовує багато{0}}осьову роботизовану руку, оснащену барабаном із дроту з титанового сплаву, який рухається точно відповідно до цифрової моделі. Фокусуючи енергію, таку як лазерні, плазмові або електронні промені, на дроті, він миттєво розплавляється та наноситься шар за шаром на підкладку. Зовні процес нагадує зварювання, але насправді ним повністю керує тривимірна-модель, здатна «друкувати» матеріал знизу вгору в так-так звану «заготовку». Ця заготівля вже має дуже близьку кінцеву бажану форму, досягаючи стану "майже -чистої-форми", і для відповідності точним вимогам до розмірів потрібна лише швидка обробка.
Розкриття потенціалу конструктивних компонентів з титанового сплаву для великих літаків
Розкриття потенціалу конструктивних компонентів з титанового сплаву для великих літаків
Хоча технологія 3D-друку з металу використовується в аерокосмічній сфері близько десятиліття, раніше вона обмежувалася переважно невеликими деталями. Системи 3D-друку «порошковий шар» зазвичай використовуються для виготовлення деталей коротше 60 сантиметрів (приблизно двох футів). Навпаки, технологія w-DED дозволила Airbus подолати обмеження розміру, виробляючи великі структурні компоненти з титанового сплаву довжиною до семи метрів (понад 23 футів). Новий процес обіцяє швидкість виробництва в кілька кілограмів матеріалу на годину. Це робить можливим промислове-масштабне-виробництво технології 3D-друку для великих конструктивних компонентів комерційних літаків.
Допомога в скороченні відходів титанової сировини
У сучасному прагненні до сталого та економічного виробництва традиційним процесам кування важко відповідати жорстким вимогам щодо контролю за витратами та ресурсоефективності виробників аерокосмічної техніки. Однією з ключових причин, чому Airbus запровадив адитивне виробництво DED, є уникнення відходів під час обробки з самого початку. Це пояснюється тим, що в адитивному виробництві DED деталі вирощуються шар-за-шаром у майже-чисто-формі, що дуже нагадує кінцеву форму проекту, що вимагає лише мінімальної подальшої механічної обробки.
Підвищення маневреності розвитку літака
Традиційні процеси штампування вимагають виготовлення великих, складних прес-форм, процес, який може тривати до двох років і вимагає значних початкових інвестицій. Навпаки, форма 3D-надрукованих деталей повністю визначається комп’ютерними програмами, що скорочує цикли доставки лише до кількох тижнів. Гнучкість, яку пропонує w-DED, є особливо корисною для безперебійного та своєчасного виготовлення першого прототипу-навіть у той час, коли детальні проекти все ще точно-налаштовуються та оптимізуються, технологія підтримує швидку ітерацію фізичних компонентів, доки весь літак не потрапить у остаточне складання.
Перша перевірка у виробництві A350
Airbus нещодавно розпочав масове виробництво інтеграції великих компонентів, виготовлених за технологією w-DED, у структуру периметра вантажних дверей літака A350. На цьому дослідницькому етапі ці спеціальні деталі, розроблені Airbus, друкуються за допомогою плазмової технології -DED кваліфікованими постачальниками, потім ультразвуковим тестуванням у Testia Bremen і, нарешті, завершуються та збираються на власних заводах Airbus. Ці деталі функціонально та геометрично ідентичні традиційним кованим деталям, які вони замінюють, але досягли значної економії коштів. У майбутньому Airbus планує використовувати компоненти w-DED A350 як відправну точку для поступового поширення цієї технології на інші проекти та більш важливі частини літака (у довгостроковій перспективі, включаючи крила та шасі).
Призначений для DED
Що ще важливіше, ця технологія породила нову концепцію «розроблено для DED». Інженерам більше не потрібно розбивати складні компоненти на кілька незалежних частин для окремого виробництва та складання; натомість вони можуть розробити їх як єдиний, структурно оптимізований інтегрований компонент і надрукувати їх за один раз. Ця здатність інтегрувати кілька частин в один компонент ефективно спростить ланцюжок постачання, скоротить етапи складання та скоротить виробничі цикли, таким чином повністю реалізуючи потенціал літаків наступного-покоління на основі концепцій 3D-проектування.
Сприяння виробничому застосуванню ключових компонентів
Наразі компанія Airbus та її партнери досягли значних успіхів у накопиченні досвіду у виробництві ключових компонентів за допомогою технології w-DED (wafer-to-find) і досягли обнадійливого прогресу. Інженери випробовують різні джерела енергії, зокрема плазму, дугове зварювання, електронні промені та лазерні промені, і одночасно оцінюють стратегії «аутсорсингу» (укладання контрактів на друк зовнішнім виробникам) і «-власного виробництва» (внутрішнє виробництво). Крім того, ця технологія буде стандартизована на рівні Airbus Group, щоб забезпечити її застосування та просування по всій компанії.
Систематичне вдосконалення логіки льотної придатності
Найбільш трудомістким і складним аспектом сертифікації льотної придатності є визнання безпеки, тобто те, як довести, що матеріали безпечні. Виробнича галузь міжнародної цивільної авіації накопичила досвід протягом багатьох років практики. Коли ми згадуємо сертифікацію льотної придатності, ми насправді маємо на увазі сертифікацію частин літака, яка включає три аспекти: матеріали, процеси та дизайн. Адитивне виробництво-Технологія 3D-друку-включає всі три елементи. По-перше, адитивне виробництво — це виробничий процес. Тим часом, щоб максимізувати цінність цієї технології, потрібен дизайн для адитивного виробництва. Використання нових матеріалів у адитивному виробництві деталей додає ще один елемент, який вимагає перевірки безпеки. Тому найбезпечнішим підходом є вирішення цієї проблеми поетапно, мінімізуючи ризики. Підхід Airbus до виробництва добавок DED для титанового сплаву відображає «три-крокову» логіку льотної придатності, про яку говорилося в інтерв’ю вище. По-перше, починаючи з вторинних{15}}несучих конструкцій, таких як вантажні двері A350, надійність самого процесу w-DED було перевірено при збереженні незмінних матеріалів і конструкції. Потім він поступово поширився на основні{20}}несучі конструкції, сприяючи оптимізації, «розробленій для DED». Наразі увага зосереджена на розкритті потенціалу традиційних матеріалів за допомогою нових процесів, а не на одночасному випробуванні абсолютно нових шляхів у матеріалах, процесах і дизайні. Цей поетапний підхід із-контролем ризиків не лише відображає необхідний ритм індустріалізації, але й розкриває суть виробництва аерокосмічних добавок-це не просто технологічні інновації, а й систематичний проект «розбудови довіри». Як перетворити технологічні інновації на надійну цінність, яку можна сертифікувати та масово виробляти в рамках льотної придатності, а також основні терміни, стратифікація ризиків і логіка перевірки можуть бути більш заслуговуючими глибокого розгляду галузі, ніж конкретні технічні деталі.