Sicondu SmarTech, una cumpagnia di cunsulenza di tecnulugia di fabricazione, l'aerospaziale hè a seconda industria più grande servita da a fabricazione additiva (AM), secondu solu à a medicina.Tuttavia, ci hè sempre una mancanza di cuscenza di u putenziale di a fabricazione additiva di materiali ceramichi in a fabricazione rapida di cumpunenti aerospaziali, una flessibilità aumentata è un costu-efficacità.AM pò pruduce pezzi ceramichi più forti è più ligeri più veloce è più sustenibile, riducendu i costi di u travagliu, minimizendu l'assemblea manuale, è migliurà l'efficienza è u rendiment per mezu di u disignu sviluppatu da a modellazione, riducendu cusì u pesu di l'aeronave.Inoltre, a tecnulugia di ceramica di fabricazione additiva furnisce un cuntrollu dimensionale di e parti finite per e caratteristiche più chjuche di 100 microns.
In ogni casu, a parolla ceramica pò evoca l'idea sbagliata di fragilità.In fattu, a ceramica additivata produce pezzi più ligeri è più fini cù una grande forza strutturale, tenacità è resistenza à una larga gamma di temperatura.L'imprese in avanti si rivolgenu à i cumpunenti di fabricazione di ceramica, cumprese ugelli è eliche, insulatori elettrici è pale di turbine.
Per esempiu, l'alumina d'alta purezza hà una durezza alta, è hà una forte resistenza à a corrosione è una gamma di temperatura.I cumpunenti fatti di allumina sò ancu insulanti elettricamente à l'alte temperature cumuni in i sistemi aerospaziali.
A ceramica basata in zirconia pò scuntrà parechje applicazioni cù esigenze materiali estremi è un altu stress meccanicu, cum'è l'alta qualità, valvole è cuscinetti.A ceramica di nitruru di silicuu hà una forza alta, una alta tenacità è una excelente resistenza di scossa termale, è ancu una bona resistenza chimica à a corrosione di una varietà di acidi, alkali è metalli fusi.U nitruru di siliciu hè utilizatu per insulators, impellers, è antenne d'alta temperatura à bassa dielettrica.
A ceramica composta furnisce parechje qualità desiderate.A ceramica basata in siliciu aghjuntu cù l'alumina è u zirconu anu pruvatu à fà bè in a fabricazione di fusioni di cristalli unichi per pale di turbine.Questu hè chì u core ceramicu fattu di stu materiale hà una espansione termale assai bassa finu à 1.500 ° C, alta porosità, una qualità di superficia eccellente è una bona lisciabilità.A stampa di sti nuclei pò pruduce disinni di turbine chì ponu resiste à temperature operative più elevate è aumentanu l'efficienza di u mutore.
Hè ben cunnisciutu chì l'injection molding o a machining di ceramica hè assai difficiule, è a machining furnisce un accessu limitatu à i cumpunenti chì sò fabbricati.Funzioni cum'è pareti sottili sò ancu difficiuli di macchina.
Tuttavia, Lithoz usa a fabricazione ceramica basata in litografia (LCM) per fabricà cumpunenti ceramichi 3D precisi è cumplessi.
Partendu da u mudellu CAD, e specificazioni dettagliate sò trasferite digitalmente à a stampante 3D.Allora applicà a polvera ceramica precisamente formulata à a cima di a tina trasparente.A piattaforma di custruzzione mobile hè immersa in u fangu è dopu esposta selectivamente à a luce visibile da quì sottu.L'imaghjini di a capa hè generata da un dispositivu di micro-specchiu digitale (DMD) accumpagnatu cù u sistema di prughjezzione.Ripitendu stu prucessu, una parte verde tridimensionale pò esse generata capa per capa.Dopu u post-trattamentu termale, u legante hè sguassatu è e parti verdi sò sinterizzate - cumminate da un prucessu di riscaldamentu speciale - per pruduce una parte ceramica cumpletamente densa cù eccellenti proprietà meccaniche è qualità di superficia.
A tecnulugia LCM furnisce un prucessu innovativu, costu-efficace è più veloce per a fusione d'investimentu di cumpunenti di turbine-motore-bypassendu a fabricazione di stampi costosa è laboriosa necessaria per l'iniezione è a cera persa.
LCM pò ancu ottene disinni chì ùn ponu micca esse ottenuti da altri metudi, mentre chì utilizanu assai menu materie prime cà altri metudi.
Malgradu u grande putenziale di i materiali ceramichi è a tecnulugia LCM, ci hè sempre una lacuna trà i fabricatori d'equipaggiu originali AM (OEM) è i disegnatori aerospaziali.
Unu di i mutivi pò esse a resistenza à novi metudi di fabricazione in industrii cù esigenze di sicurezza è qualità particularmente strette.A fabricazione aerospaziale richiede assai prucessi di verificazione è di qualificazione, è ancu una prova approfondita è rigorosa.
Un altru ostaculu include a crede chì a stampa 3D hè principarmenti adattata solu per un prototipu rapidu di una volta, piuttostu cà tuttu ciò chì pò esse adupratu in l'aria.In novu, questu hè un malintesi, è i cumpunenti ceramichi stampati 3D sò stati pruvati per esse utilizati in a produzzione di massa.
Un esempiu hè a fabricazione di pale di turbine, induve u prucessu di ceramica AM produce nuclei di cristalli unichi (SX), è pale di turbine di superligatura di solidificazione direzionale (DS) è di casting equiaxed (EX).I nuclei cù strutture di rami cumplessi, pareti multipli è bordi di fine menu di 200 μm ponu esse pruduciutu rapidamente è economicamente, è i cumpunenti finali anu una precisione dimensionale coerente è una superficia eccellente.
A rinfurzà a cumunicazione pò riunisce i diseggiani aerospaziali è l'OEM AM è cunfidate pienamente di cumpunenti ceramichi fabbricati cù LCM è altre tecnulugia.Tecnulugia è sapè fà esiste.Hè bisognu di cambià a manera di pensà da AM per R&D è prototipu, è vede cum'è a strada per l'applicazioni cummerciale à grande scala.
In più di l'educazione, l'imprese aerospaziali ponu ancu investisce tempu in persunale, ingegneria è teste.I pruduttori devenu esse familiarizati cù e diverse norme è metudi per a valutazione di a ceramica, micca di metalli.Per esempiu, i dui standard ASTM chjave di Lithoz per a ceramica strutturale sò ASTM C1161 per a prova di forza è ASTM C1421 per a prova di tenacità.Questi standard s'applicanu à a ceramica prodotta da tutti i metudi.In a fabricazione additiva di ceramica, u passu di stampa hè solu un metudu di furmazione, è e parte sottumettenu u listessu tipu di sinterizzazione cum'è a ceramica tradiziunale.Dunque, a microstruttura di e parti ceramiche serà assai simili à a machining convenzionale.
Basatu nantu à l'avanzamentu cuntinuu di i materiali è a tecnulugia, pudemu dì cun fiducia chì i diseggiani utteneranu più dati.I novi materiali ceramichi seranu sviluppati è persunalizati secondu e bisogni specifichi di l'ingegneria.I pezzi fatti di ceramica AM cumpletanu u prucessu di certificazione per l'usu in aerospaziale.È furnirà strumenti di cuncepimentu megliu, cum'è un software di modellazione mejoratu.
By cuuperu cu sperti tecnichi LCM, cumpagnii aerospaziale pò introduci AM prucessi ceramica internu-shortening tempu, riduzzione di i costi, è creanu opportunità per u sviluppu di a pruprietà intellettuale di a cumpagnia.Cù previsione è pianificazione à longu andà, l'imprese aerospaziali chì investenu in a tecnulugia di ceramica ponu ottene benefici significativi in ​​tutta a so cartera di produzzione in i prossimi deci anni è oltre.
Stabbiliscendu una cullaburazione cù AM Ceramics, i pruduttori di l'equipaggiu originale aerospaziale pruduceranu cumpunenti chì prima eranu inimaginabili.
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 parlerà di e difficultà di cumunicà in modu efficace i vantaghji di a fabricazione di additivi ceramichi à l'Expo Ceramica in Cleveland, Ohio, u 1 di settembre di u 2021.
Ancu s'ellu u sviluppu di sistemi di volu ipersonicu esiste dapoi decennii, hè diventatu a prima priorità di a difesa naziunale di i Stati Uniti, purtendu stu campu in un statu di rapidu crescita è cambiamentu.Cum'è un campu multidisciplinariu unicu, a sfida hè di truvà esperti cù e cumpetenze necessarie per prumove u so sviluppu.Tuttavia, quandu ùn ci sò abbastanza esperti, crea una lacuna innuvazione, cum'è mette u disignu per a fabricabilità (DFM) prima in a fase di R&D, è poi trasfurmendu in una lacuna di fabricazione quandu hè troppu tardu per fà cambiamenti rendibili.
L'allianza, cum'è l'Alianza Universitaria per l'Ipersonica Applicata (UCAH), di novu stabilitu, furnisce un ambiente impurtante per cultivà i talenti necessarii per avanzà u campu.I studienti ponu travaglià direttamente cù i ricercatori universitarii è i prufessiunali di l'industria per sviluppà a tecnulugia è avanzà a ricerca ipersonica critica.
Ancu l'UCAH è l'altri consorzi di difesa anu autorizatu i membri per impegnà in una varietà di travaglii di l'ingegneria, deve esse fattu più travagliu per cultivà talenti diversi è sperimentati, da u disignu à u sviluppu di materiale è a selezzione à l'attellu di fabricazione.
Per furnisce un valore più durable in u campu, l'alleanza universitaria deve fà u sviluppu di a forza di travagliu una priorità allineendu cù i bisogni di l'industria, implicandu i membri in a ricerca adatta à l'industria, è investendu in u prugramma.
Quandu si trasfurmeghja a tecnulugia ipersonica in prughjetti di fabricazione à grande scala, l'ingenieria esistenti è a mancanza di cumpetenze di u travagliu di fabricazione hè a sfida più grande.Se a prima ricerca ùn attraversà micca sta valle di a morte aptly named-u gap trà R & D è a fabricazione, è parechji prughjetti ambiziosi anu fallutu, allora avemu persu una suluzione applicabile è fattibile.
L'industria di fabricazione di i Stati Uniti pò accelerà a velocità supersonica, ma u risicu di fallu daretu hè di espansione a dimensione di a forza di travagliu per currisponde.Dunque, i cunsorzi di sviluppu di u guvernu è di l'università duveranu cooperà cù i pruduttori per mette in pratica questi piani.
L'industria hà sperimentatu lacune di cumpetenze da i laboratori di fabricazione à i laboratori di ingegneria - queste lacune s'allarganu solu à u mumentu chì u mercatu ipersonicu cresce.I tecnulugii emergenti necessitanu una forza di travagliu emergente per espansione a cunniscenza in u campu.
U travagliu ipersonicu copre parechji spazii chjave diffirenti di diversi materiali è strutture, è ogni area hà u so propiu settore di sfide tecniche.Hanu bisognu di un altu livellu di cunniscenza dettagliata, è se l'expertise necessaria ùn esiste micca, questu pò creà ostaculi à u sviluppu è a produzzione.Se ùn avemu micca abbastanza persone per mantene u travagliu, serà impussibile di mantene a dumanda di produzzione à alta velocità.
Per esempiu, avemu bisognu di persone chì ponu custruisce u pruduttu finali.UCAH è altri consorzi sò essenziali per prumove a fabricazione muderna è assicurà chì i studienti interessati à u rolu di a fabricazione sò inclusi.Attraversu sforzi di sviluppu di forza di travagliu dedicatu interfunzionale, l'industria serà capace di mantene un vantaghju cumpetitivu in i piani di volu ipersonicu in i prossimi anni.
Stabbiliscendu UCAH, u Dipartimentu di a Difesa crea l'uppurtunità di aduttà un approcciu più focalizatu à custruisce capacità in questa zona.Tutti i membri di a coalizione anu da travaglià inseme per furmà e capacità di nicchia di i studienti in modu chì pudemu custruisce è mantene u momentu di ricerca è espansione per pruduce i risultati chì u nostru paese hà bisognu.
A NASA Advanced Composites Alliance, avà chiusa, hè un esempiu di un sforzu successu di sviluppu di a forza di travagliu.A so efficacità hè u risultatu di unisce u travagliu di R&D cù l'interessi di l'industria, chì permette à l'innuvazione di espansione in tuttu l'ecosistema di sviluppu.I capi di l'industria anu travagliatu direttamente cù a NASA è l'università nantu à prughjetti per dui à quattru anni.Tutti i membri anu sviluppatu cunniscenze è sperienza prufessiunali, anu amparatu à cooperà in un ambiente micca cumpetitivu, è nutretu i studienti universitari per sviluppà per nutrisce attori chjave di l'industria in u futuru.
Stu tipu di sviluppu di a forza di travagliu riempie i lacune in l'industria è furnisce opportunità per i picculi imprese per innuvà rapidamente è diversificà u campu per ottene una crescita ulteriore per l'iniziativi di sicurezza naziunale è ecunomica di i Stati Uniti.
L'alleanza universitaria cumpresa UCAH sò attivi impurtanti in u campu ipersonicu è l'industria di difesa.Ancu se a so ricerca hà prumuvutu l'innuvazioni emergenti, u so valore più grande si trova in a so capacità di furmà a nostra prossima generazione di forza di travagliu.U cunsorziu hà avà bisognu di priorità l'investimentu in tali piani.Fendu cusì, ponu aiutà à favurizà u successu à longu andà di l'innuvazione ipersonica.
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.
I pruduttori di prudutti cumplessi, altamente ingegneriati (cum'è cumpunenti di l'aeronautica) sò impegnati à a perfezione ogni volta.Ùn ci hè spaziu per manuvra.
Perchè a produzzione di l'aeronautica hè estremamente cumplessa, i pruduttori anu da gestisce cun cura u prucessu di qualità, prestendu una grande attenzione à ogni passu.Questu hè bisognu di una cunniscenza approfondita di cumu gestisce è adattà à a produzzione dinamica, a qualità, a sicurezza, è a catena di supply chain mentre risponde à i requisiti regulatori.
Perchè parechji fatturi affettanu a consegna di prudutti d'alta qualità, hè difficiule di gestisce l'ordine di produzzione cumplessu è cambiante spessu.U prucessu di qualità deve esse dinamicu in ogni aspettu di l'ispezione è u disignu, a produzzione è a prova.Grazie à e strategie di l'Industria 4.0 è à e soluzioni muderne di fabricazione, sti sfidi di qualità sò diventati più faciuli à gestisce è superà.
U focu tradiziunale di a produzzione di l'aeronautica hè sempre stata nantu à i materiali.A fonte di a maiò parte di i prublemi di qualità pò esse frattura fragile, corrosione, fatigue di metalli, o altri fattori.Tuttavia, a pruduzzione di l'aeronautica d'oghje include tecnulugia avanzata è altamente ingegneria chì utilizanu materiali resistenti.A creazione di u produttu usa prucessi altamente specializati è cumplessi è sistemi elettronichi.Soluzioni di u software di gestione di l'operazioni generale ùn ponu più risolve prublemi estremamente cumplessi.
E parti più cumplesse ponu esse acquistate da a catena di furnimentu glubale, cusì deve esse più cunsiderata à integrà in tuttu u prucessu di assemblea.L'incertezza porta novi sfide à a visibilità di a catena di furnimentu è a gestione di a qualità.Assicurà a qualità di tanti parti è prudutti finiti richiede metudi di qualità megliu è più integrati.
L'industria 4.0 rapprisenta u sviluppu di l'industria di a fabricazione, è e tecnulugii di più è più avanzati sò necessarii per risponde à esigenze di qualità strette.I tecnulugia di supportu includenu l'Internet Industriale di e Cose (IIoT), i fili digitali, a realtà aumentata (AR) è l'analisi predittiva.
Qualità 4.0 descrive un metudu di qualità di u prucessu di produzzione guidatu da dati chì implica prudutti, prucessi, pianificazione, cunfurmità è standard.Hè custruitu nantu à piuttostu di rimpiazzà i metudi di qualità tradiziunali, utilizendu assai di e stesse tecnulugia novi cum'è i so omologhi industriali, cumprese l'apprendimentu di macchina, i dispositi cunnessi, l'informatica in nuvola, è i gemelli digitali per trasfurmà u flussu di travagliu di l'urganizazione è eliminà i pussibuli prudutti o prucessi difetti.L'emergenza di a Qualità 4.0 hè prevista per cambià ancu a cultura di u locu di travagliu aumentendu a fiducia di e dati è un usu più profundo di a qualità cum'è parte di u metudu generale di creazione di produttu.
A qualità 4.0 integra i prublemi operativi è di assicurazione di qualità (QA) da u principiu à a fase di cuncepimentu.Questu include cumu cuncepimentu è cuncepisce i prudutti.I risultati recenti di l'inchiesta di l'industria indicanu chì a maiò parte di i mercati ùn anu micca un prucessu di trasferimentu di disignu automatizatu.U prucessu manuale lascia spaziu per l'errori, ch'ella sia un errore internu o cumunicazione di designu è cambiamenti à a catena di supply.
In più di u disignu, a Qualità 4.0 usa ancu l'apprendimentu automaticu centratu in u prucessu per riduce i rifiuti, riduce a rilavorazione è ottimisà i parametri di produzzione.Inoltre, risolve ancu i prublemi di rendiment di u produttu dopu a consegna, usa feedback in situ per aghjurnà remotamente u software di u produttu, mantene a satisfaczione di i clienti, è infine assicura a ripetizione di l'affari.Hè diventatu un partner inseparabile di l'Industria 4.0.
Tuttavia, a qualità ùn hè micca solu applicabile à i ligami di fabricazione selezziunati.L'inclusività di a Qualità 4.0 pò inculcà un approcciu di qualità cumpletu in l'urganisazioni di fabricazione, facendu u putere trasformativu di e dati una parte integrante di u pensamentu corporativu.A conformità à tutti i livelli di l'urganizazione cuntribuisce à a furmazione di una cultura generale di qualità.
Nisun prucessu di produzzione pò eseguisce perfettamente in u 100% di u tempu.Cundizioni cambianti provocanu avvenimenti imprevisti chì necessitanu rimediu.Quelli chì anu sperienza in qualità capiscenu chì tuttu hè di u prucessu di passà versu a perfezione.Cumu assicuratevi chì a qualità hè incorporata in u prucessu per detectà i prublemi u più prestu pussibule?Chì fate quandu truvate u difettu?Ci hè qualchì fatturi esterni chì causanu stu prublema?Chì cambiamenti pudete fà à u pianu d'ispezione o à a prucedura di prova per impedisce chì stu prublema si ripresenta?
Stabbilisce una mentalità chì ogni prucessu di produzzione hà un prucessu di qualità cunnessu è cunnessu.Imagine un futuru induve ci hè una relazione unu-à-unu è misurate constantemente a qualità.Ùn importa ciò chì succede casualmente, a qualità perfetta pò esse ottenuta.Ogni centru di travagliu rivede l'indicatori è l'indicatori di rendiment chjave (KPIs) ogni ghjornu per identificà e zone per migliurà prima di i prublemi.
In stu sistema di circuitu chjusu, ogni prucessu di produzzione hà una inferenza di qualità, chì furnisce feedback per piantà u prucessu, permette à u prucessu di cuntinuà, o fà aghjustamenti in tempu reale.U sistema ùn hè micca affettatu da fatigue o errore umanu.Un sistema di qualità in circuitu chjusu cuncepitu per a produzzione di l'aeronautica hè essenziale per ottene livelli di qualità più elevati, accurtà i tempi di ciclu, è assicurà u rispettu di i standard AS9100.
Dieci anni fà, l'idea di fucalizza QA nantu à u disignu di u produttu, a ricerca di u mercatu, i fornitori, i servizii di produttu, o altri fattori chì affettanu a satisfaczione di i clienti era impussibile.U disignu di u produttu hè capitu chì vene da una autorità superiore;a qualità hè di eseguisce questi disinni nantu à a linea di assemblea, indipendentemente da e so difetti.
Oghje, parechje cumpagnie ripensanu cumu fà affari.U statu quo in 2018 ùn pò più esse pussibule.Sempre più pruduttori diventanu più intelligenti è più intelligenti.A più cunniscenza hè dispunibule, chì significa una intelligenza megliu per custruisce u pruduttu ghjustu in a prima volta, cù una efficienza è un rendimentu più altu.