Laut SmarTech, enger Berodungsfirma fir d'Produktiounstechnologie, ass d'Loft- a Raumfaartindustrie déi zweetgréisst Industrie, déi vun der additiver Fabrikatioun (AM) betreit gëtt, no der Medizin déi zweetgréisst. Wéi och ëmmer, et gëtt nach ëmmer e Manktem u Bewosstsinn iwwer de Potenzial vun der additiver Fabrikatioun vu Keramikmaterialien fir d'schnell Fabrikatioun vun Loft- a Raumfaartkomponenten, erhéicht Flexibilitéit a Käschteeffizienz. AM kann méi séier a méi nohalteg méi staark a méi liicht Keramikdeeler produzéieren - wat d'Aarbechtskäschte reduzéiert, d'manuell Montage miniméiert an d'Effizienz an d'Performance duerch Design verbessert, deen duerch Modelléierung entwéckelt gouf, wouduerch d'Gewiicht vum Fliger reduzéiert gëtt. Zousätzlech bitt d'Keramiktechnologie vun der additiver Fabrikatioun eng Dimensiounskontroll vu fäerdegen Deeler fir Features méi kleng wéi 100 Mikrometer.
Wéi och ëmmer, d'Wuert Keramik kéint de falschen Androck vu Bréchegkeet opwerfen. Tatsächlech produzéiert additiv hiergestallt Keramik méi liicht, méi fein Deeler mat grousser struktureller Stäerkt, Zähegkeet a Resistenz géint e breede Temperaturberäich. Zukunftsorientéiert Firmen wenden sech ëmmer méi un d'Produktioun vu Keramikkomponenten, dorënner Düsen a Propeller, elektresch Isolatoren an Turbinneblieder.
Zum Beispill huet héichreine Aluminiumoxid eng héich Häert, e staarke Korrosiounsbeständegkeets- a Temperaturberäich. Komponenten aus Aluminiumoxid sinn och elektresch isoléierend bei den héijen Temperaturen, déi a Loftfaartsystemer üblech sinn.
Keramik op Basis vu Zirkoniumdioxid kann op vill Uwendungen mat extremen Materialufuerderungen an héijer mechanescher Belaaschtung agoen, wéi zum Beispill High-End-Metallformen, Ventiler a Lager. Siliziumnitrid-Keramik huet eng héich Festigkeit, eng héich Zähegkeet an eng exzellent Wärmeschockbeständegkeet, souwéi eng gutt chemesch Resistenz géint d'Korrosioun vun enger Villfalt vu Säuren, Alkalien a geschmollte Metaller. Siliziumnitrid gëtt fir Isolatoren, Impeller an Antennen mat héijen Temperaturen an niddregen Dielektrizitéiten benotzt.
Kompositkeramik bitt verschidde wënschenswäert Qualitéiten. Siliziumbaséiert Keramik, mat Aluminiumoxid a Zirkon bäigefüügt, huet sech als gutt bewisen bei der Fabrikatioun vun Eenkristallguss fir Turbinneblieder. Dëst läit dorun, datt de Keramikkär aus dësem Material eng ganz niddreg thermesch Expansioun bis zu 1.500 °C, eng héich Porositéit, eng exzellent Uewerflächenqualitéit an eng gutt Auslaugbarkeet huet. D'Drécke vun dëse Kären kann Turbinnekonstruktiounen produzéieren, déi méi héije Betribstemperature standhalen an d'Motoreffizienz erhéijen.
Et ass bekannt, datt Sprëtzguss oder Bearbechtung vu Keramik ganz schwéier ass, an d'Bearbechtung limitéierten Zougang zu de Komponenten, déi hiergestallt ginn, bitt. Eegeschafte wéi dënn Wänn sinn och schwéier ze bearbechten.
Lithoz benotzt awer Lithographie-baséiert Keramikfabrikatioun (LCM) fir präzis, komplex geformt 3D-Keramikkomponenten ze produzéieren.
Ausgehend vum CAD-Modell ginn déi detailléiert Spezifikatioune digital op den 3D-Drécker transferéiert. Dann gëtt dat präzis formuléiert Keramikpulver uewen um transparenten Tank opgedroen. Déi beweeglech Konstruktiounsplattform gëtt an de Schlamm ageholl an dann selektiv siichtbaarem Liicht vun ënnen ausgesat. D'Schichtbild gëtt vun engem digitale Mikrospigelgerät (DMD) generéiert, deen mam Projektiounssystem gekoppelt ass. Duerch d'Widderhuelung vun dësem Prozess kann en dräidimensionalen gréngen Deel Schicht fir Schicht generéiert ginn. No der thermescher Nobehandlung gëtt de Bindemittel ewechgeholl an déi gréng Deeler ginn gesintert - duerch e speziellen Heizprozess kombinéiert - fir en komplett dichten Keramikdeel mat exzellente mechaneschen Eegeschaften a Uewerflächenqualitéit ze produzéieren.
D'LCM-Technologie bitt en innovativen, käschtegënschtegen a méi schnelle Prozess fir d'Investitiounsguss vun Turbinnemotorkomponenten - andeems déi deier a mühsam Formfabrikatioun, déi fir Sprëtzguss a Verlustwachsguss erfuerderlech ass, ëmgeet.
LCM kann och Designen erreechen, déi mat anere Methoden net erreecht kënne ginn, wärend vill manner Rohmaterialien wéi aner Methoden benotzt ginn.
Trotz dem grousse Potenzial vu Keramikmaterialien an der LCM-Technologie gëtt et ëmmer nach eng Lück tëscht den Originalausrüstungshersteller (OEM) vun AM an den Designer vun der Loft- a Raumfaartindustrie.
Ee Grond kéint de Widderstand géint nei Produktiounsmethoden an Industrien mat besonnesch strenge Sécherheets- a Qualitéitsufuerderunge sinn. D'Aerospace-Produktioun erfuerdert vill Verifizéierungs- a Qualifikatiounsprozesser, souwéi grëndlech a rigoréis Tester.
En anert Hindernis ass d'Iwwerzeegung, datt den 3D-Drock haaptsächlech nëmme fir eng eenzeg séier Prototyping gëeegent ass, anstatt fir alles, wat an der Loft ka benotzt ginn. Och hei ass dat e Mëssverständnis, an 3D-gedréckte Keramikkomponenten hunn sech als Masseproduktioun bewisen.
E Beispill ass d'Hierstellung vun Turbinneblieder, wou den AM-Keramikprozess Eenkristallkären (SX) produzéiert, souwéi Turbinneblieder aus direktionaler Erstarrung (DS) an gläichachseg Goss (EX) Superlegierung. Kären mat komplexe Verzweigungsstrukturen, méi Wänn an hënneschte Kanten vu manner wéi 200 μm kënne séier an ekonomesch produzéiert ginn, an déi fäerdeg Komponenten hunn eng konsequent Dimensiounsgenauegkeet an eng exzellent Uewerflächenfinish.
Eng verbessert Kommunikatioun kann Loftfaartdesigner an AM-OEMs zesummebréngen a Keramikkomponenten, déi mat LCM an aneren Technologien hiergestallt ginn, voll vertrauen. Technologie an Expertise existéieren. Et muss d'Denkweis vun AM fir Fuerschung an Entwécklung a Prototyping änneren, an et als de Wee no vir fir grouss kommerziell Uwendungen gesinn.
Nieft der Ausbildung kënnen d'Loftfaartfirmen och Zäit a Personal, Ingenieurswiesen an Tester investéieren. D'Produzente musse mat verschiddene Standarden a Methoden fir d'Evaluatioun vu Keramik vertraut sinn, net Metaller. Zum Beispill sinn déi zwee wichteg ASTM-Standarden vu Lithoz fir strukturell Keramik ASTM C1161 fir Festigkeitstester an ASTM C1421 fir Zähegkeetstester. Dës Standarden gëllen fir Keramik, déi mat alle Methoden produzéiert gëtt. An der additiver Keramikfabrikatioun ass den Drockschritt just eng Formmethod, an d'Deeler ginn déiselwecht Aart vu Sinterung duerch wéi traditionell Keramik. Dofir wäert d'Mikrostruktur vu Keramikdeeler ganz ähnlech wéi konventionell Bearbechtung sinn.
Baséierend op der kontinuéierlecher Entwécklung vu Materialien an Technologien, kënne mir mat Sécherheet soen, datt Designer méi Donnéeë kréien. Nei Keramikmaterialien ginn entwéckelt a personaliséiert no spezifeschen Ingenieursbedürfnisser. Deeler aus AM-Keramik wäerten de Zertifizéierungsprozess fir d'Benotzung an der Loft- a Raumfaart ofschléissen. A wäerten besser Designinstrumenter ubidden, wéi zum Beispill eng verbessert Modelléierungssoftware.
Duerch d'Zesummenaarbecht mat techneschen Experten aus dem Beräich LCM kënnen d'Entreprisen am Raumfaartberäich AM-Keramikprozesser intern aféieren - wat d'Zäit verkierzt, d'Käschte reduzéiert a Méiglechkeete fir d'Entwécklung vum eegenen intellektuellen Eegentum vun der Entreprise schaaft. Mat Virsiicht a laangfristeger Planung kënnen d'Entreprisen am Raumfaartberäich, déi an d'Keramiktechnologie investéieren, an den nächsten zéng Joer an doriwwer eraus bedeitend Virdeeler an hirem gesamte Produktiounsportfolio erzielen.
Duerch d'Grënnung vun enger Partnerschaft mat AM Ceramics wäerten d'Hiersteller vun Originalausrüstung aus der Loftfaartindustrie Komponenten produzéieren, déi virdru onvirstellbar waren.
About the author: Shawn Allan is the vice president of additive manufacturing expert Lithoz. You can contact him at sallan@lithoz-america.com.
De Shawn Allan wäert den 1. September 2021 op der Ceramics Expo zu Cleveland, Ohio, iwwer d'Schwieregkeeten schwätzen, d'Virdeeler vun der additiver Keramikfabrikatioun effektiv ze kommunizéieren.
Obwuel d'Entwécklung vun hyperschall Fluchsystemer scho säit Joerzéngte besteet, ass se elo zur héchster Prioritéit vun der US-Nationalverdeedegung ginn, wat dëse Beräich an e Zoustand vu schnellem Wuesstem a Wandel bruecht huet. Als eenzegaartegt multidisziplinärt Gebitt ass d'Erausfuerderung, Experten mat de néidege Fäegkeeten ze fannen, fir seng Entwécklung ze fërderen. Wann et awer net genuch Experten gëtt, entsteet eng Innovatiounslück, wéi zum Beispill den Design fir d'Fabrikatiounsfäegkeet (DFM) an der Fuerschungs- a Entwécklungsphase un d'éischt ze stellen, an dann zu enger Produktiounslück ze ginn, wann et ze spéit ass, fir käschtegënschteg Ännerungen ze maachen.
Allianzen, wéi déi nei gegrënnt University Alliance for Applied Hypersonics (UCAH), bidden e wichtegt Ëmfeld fir d'Talenter ze kultivéieren, déi néideg sinn, fir dëse Beräich virunzedreiwen. Studenten kënnen direkt mat Universitéitsfuerscher an Industrieexperten zesummeschaffen, fir Technologie z'entwéckelen a kritesch Hypersonikfuerschung virunzedreiwen.
Obwuel d'UCAH an aner Verteidegungskonsortien d'Membere autoriséiert hunn, eng Vielfalt vun Ingenieursaarbechten auszeüben, muss méi geschafft ginn, fir divers an erfuerene Talenter ze kultivéieren, vum Design iwwer d'Materialentwécklung an -auswiel bis hin zu Produktiounsworkshops.
Fir e méi dauerhafte Wäert am Beräich ze bidden, muss d'Universitéitsallianz d'Entwécklung vun der Aarbechtskräfte zu enger Prioritéit maachen, andeems se sech un d'Bedierfnesser vun der Industrie upasst, d'Memberen an der industrieentspriechend Fuerschung abannt an an de Programm investéiert.
Wann een d'Hypersontechnologie a groussflächeg fabrikéierbar Projeten ëmwandelt, ass déi existent Lück an der Fäegkeet vun den Ingenieurs- a Produktiounsaarbechter déi gréisst Erausfuerderung. Wann déi fréi Fuerschung dëst treffend genannt Doudesdall net iwwerschreit - d'Lück tëscht Fuerschung an Entwécklung a Produktioun, a vill ambitiéis Projeten sinn gescheitert - dann hu mir eng uwendbar a machbar Léisung verluer.
Déi US-amerikanesch Fabrikatiounsindustrie kann d'Iwwerschallgeschwindegkeet beschleunegen, awer de Risiko vum Réckstand besteet doran, d'Aarbechtskräfte méi grouss ze maachen. Dofir mussen d'Regierung an d'Universitéitsentwécklungskonsortien mat den Hiersteller zesummeschaffen, fir dës Pläng an d'Praxis ëmzesetzen.
D'Industrie huet Kompetenzlücken vun de Produktiounsatelieren bis hin zu den Ingenieurslaboratoiren erlieft - dës Lücken wäerten nëmme méi grouss ginn, wa sech den Hypersonikmaart entwéckelt. Nei Technologien erfuerderen nei Aarbechtskräfte fir hiert Wëssen an dësem Beräich auszebauen.
Hypersonesch Aarbecht ëmfaasst verschidde Schlësselberäicher vu verschiddene Materialien a Strukturen, an all Beräich huet seng eege technesch Erausfuerderungen. Si erfuerderen en héije Niveau vun detailléiertem Wëssen, a wann déi néideg Expertise net existéiert, kann dat Hindernisser fir d'Entwécklung a Produktioun schafen. Wann mir net genuch Leit hunn, fir d'Aarbecht ze garantéieren, wäert et onméiglech sinn, mat der Nofro no Héichgeschwindegkeetsproduktioun matzehalen.
Zum Beispill brauche mir Leit, déi dat fäerdegt Produkt kënne bauen. D'UCAH an aner Konsortien si wesentlech fir déi modern Produktioun ze fërderen an dofir ze suergen, datt Studenten, déi un der Roll vun der Produktioun interesséiert sinn, abegraff sinn. Duerch funktiounsiwwergräifend, engagéiert Efforte fir d'Entwécklung vun der Aarbechtskräfte wäert d'Industrie an den nächste Joren e kompetitive Virdeel bei hyperschall Fluchpläng behalen kënnen.
Mat der Grënnung vun der UCAH schaaft de Verteidegungsministère eng Méiglechkeet, fir e méi gezielten Usaz fir de Kompetenzenopbau an dësem Beräich ze verfollegen. All Koalitiounsmemberen mussen zesumme schaffen, fir d'Nischekompetenzen vun de Studenten auszebilden, fir datt mir den Dynamik vun der Fuerschung opbauen a behalen an ausbauen, fir déi Resultater ze produzéieren, déi eist Land brauch.
Déi elo zougemaach NASA Advanced Composites Alliance ass e Beispill fir eng erfollegräich Aarbechtskräfteentwécklung. Hir Effizienz ass d'Resultat vun der Kombinatioun vun der Fuerschungs- an Entwécklungsaarbecht mat Industrieinteressen, wat et erméiglecht, Innovatioun am ganze Entwécklungsökosystem auszebauen. Industrieexperten hunn zwee bis véier Joer direkt mat der NASA an den Universitéiten u Projeten zesummegeschafft. All Memberen hunn berufflech Wëssen an Erfahrung entwéckelt, geléiert, an engem net-kompetitiven Ëmfeld zesummenzeschaffen, a Studenten encouragéiert, fir sech weiderzeentwéckelen, fir Schlësselspiller an der Industrie an der Zukunft ze fërderen.
Dës Zort vu Belegschaftsentwécklung fëllt Lücken an der Industrie a bitt Méiglechkeeten fir kleng Betriber, séier ze innovéieren an de Beräich ze diversifizéieren, fir weider Wuesstem z'erreechen, wat fir national Sécherheets- a wirtschaftlech Sécherheetsinitiativen an den USA fërdert.
Universitéitsallianzen, dorënner d'UCAH, si wichteg Verméigen am Beräich vun der Hypersonik an der Verteidegungsindustrie. Och wann hir Fuerschung nei Innovatiounen gefördert huet, läit hire gréisste Wäert an hirer Fäegkeet, eis nächst Generatioun vun Aarbechtskräfte auszebilden. De Konsortium muss elo Investitiounen an esou Pläng prioritär behandelen. Doduerch kënne si hëllefen, den laangfristege Succès vun der Hypersonikinnovatioun ze fërderen.
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.
Hiersteller vu komplexen, héichkonstruéierten Produkter (wéi z.B. Fligerkomponenten) engagéiere sech ëmmer erëm fir Perfektioun. Et gëtt kee Spillraum fir Manöver.
Well d'Fligerproduktioun extrem komplex ass, mussen d'Produzenten de Qualitéitsprozess suergfälteg verwalten a grouss Opmierksamkeet op all Schrëtt leeën. Dëst erfuerdert e grëndlecht Verständnis dovun, wéi een dynamesch Produktiouns-, Qualitéits-, Sécherheets- a Versuergungsketteproblemer geréiert a sech upasst, wärend gläichzäiteg d'Reglementer erfëllt ginn.
Well vill Faktoren d'Liwwerung vu qualitativ héichwäertege Produkter beaflossen, ass et schwéier, komplex a sech dacks verännerend Produktiounsufträg ze verwalten. De Qualitéitsprozess muss a jidder Hisiicht vun der Inspektioun an dem Design, der Produktioun an dem Testen dynamesch sinn. Dank Industrie 4.0 Strategien a moderne Produktiounsléisungen sinn dës Qualitéitsherausfuerderungen méi einfach ze verwalten an ze iwwerwannen.
Den traditionelle Fokus vun der Fligerproduktioun louch ëmmer op de Materialien. D'Ursaach vun de meeschte Qualitéitsproblemer kënne Spréchbroch, Korrosioun, Metallmiddegkeet oder aner Faktoren sinn. Wéi och ëmmer, d'Fligerproduktioun vun haut enthält fortgeschratt, héichkonstruéiert Technologien, déi resistent Materialien benotzen. D'Produktkreatioun benotzt héich spezialiséiert a komplex Prozesser an elektronesch Systemer. Allgemeng Softwareléisunge fir Operatiounsmanagement kënnen net méi fäeg sinn extrem komplex Problemer ze léisen.
Méi komplex Deeler kënnen aus der globaler Liwwerkette kaaft ginn, dofir muss méi Opmierksamkeet op hir Integratioun am ganze Montageprozess geluecht ginn. Onsécherheet bréngt nei Erausfuerderunge fir d'Visibilitéit an d'Qualitéitsmanagement vun der Liwwerkette mat sech. D'Sécherung vun der Qualitéit vu sou villen Deeler a fäerdege Produkter erfuerdert besser a méi integréiert Qualitéitsmethoden.
Industrie 4.0 representéiert d'Entwécklung vun der Fabrikatiounsindustrie, an et gi méi a méi fortgeschratt Technologien gebraucht fir streng Qualitéitsufuerderungen ze erfëllen. Ënnerstëtzend Technologien enthalen Industrial Internet of Things (IIoT), digital Threads, Augmented Reality (AR) a prediktiv Analysen.
Qualitéit 4.0 beschreift eng datenorientéiert Qualitéitsmethod fir de Produktiounsprozess, déi Produkter, Prozesser, Planung, Konformitéit a Standarden ëmfaasst. Si baséiert op traditionelle Qualitéitsmethoden, anstatt se ze ersetzen, andeems se vill vun de selwechten neien Technologien wéi hir industriell Géigeparteien benotzt, dorënner maschinellt Léieren, vernetzt Geräter, Cloud Computing an digital Zwillinge fir de Workflow vun der Organisatioun ze transforméieren an méiglech Produkt- oder Prozessdefekter ze eliminéieren. D'Entstoe vu Qualitéit 4.0 soll d'Aarbechtskultur weider veränneren, andeems d'Ofhängegkeet vun Daten erhéicht gëtt an d'Qualitéit als Deel vun der gesamter Produktkreatiounsmethod méi déif benotzt gëtt.
Qualitéit 4.0 integréiert operationell Froen a Froen vun der Qualitéitssécherung (QA) vum Ufank bis an d'Designphase. Dëst beinhalt och d'Konzeptualiséierung an den Design vu Produkter. Rezent Branchenëmfroen weisen datt déi meescht Mäert keen automatiséierten Designtransferprozess hunn. De manuelle Prozess léisst Spillraum fir Feeler, egal ob et sech ëm en internen Feeler handelt oder ëm d'Kommunikatioun vum Design an Ännerungen an der Versuergungskette.
Nieft dem Design benotzt Quality 4.0 och prozesszentrescht Maschinnléieren, fir Offall ze reduzéieren, Noaarbechten ze reduzéieren an d'Produktiounsparameter ze optimiséieren. Zousätzlech léist et och Problemer mat der Produktleistung no der Liwwerung, benotzt Feedback virun Ort, fir d'Produktsoftware op Distanz ze aktualiséieren, hält d'Clientzefriddenheet oprecht a garantéiert schlussendlech Widderhuelungsgeschäfter. Et gëtt zu engem onverzichtbare Partner vun der Industrie 4.0.
Qualitéit ass awer net nëmme fir ausgewielte Produktiounshinterpunkten uwendbar. D'Inklusivitéit vu Qualitéit 4.0 kann e komplette Qualitéitsansatz a Produktiounsorganisatiounen aféieren, wouduerch d'transformativ Kraaft vun Daten zu engem integralen Deel vum Geschäftsdenken gëtt. Konformitéit op allen Niveauen vun der Organisatioun dréit zur Bildung vun enger allgemenger Qualitéitskultur bäi.
Kee Produktiounsprozess kann zu 100% vun der Zäit perfekt lafen. Ännerend Konditioune verursaachen onvirgesinn Evenementer, déi eng Reparatur erfuerderen. Déi, déi Erfahrung mat Qualitéit hunn, verstinn, datt et ëm de Prozess geet, op d'Perfektioun hinzegoen. Wéi garantéiert Dir, datt Qualitéit an de Prozess integréiert gëtt, fir Problemer sou fréi wéi méiglech z'entdecken? Wat maacht Dir, wann Dir de Feeler fonnt hutt? Gëtt et extern Faktoren, déi dëst Problem verursaachen? Wéi eng Ännerunge kënnt Dir um Inspektiounsplang oder der Testprozedur maachen, fir ze verhënneren, datt dëst Problem sech widderhëlt?
Etabléiert eng Mentalitéit, datt all Produktiounsprozess e verwandte Qualitéitsprozess huet. Stellt Iech eng Zukunft vir, wou et eng een-zu-eent Bezéiung gëtt a wou d'Qualitéit stänneg gemooss gëtt. Egal wat zoufälleg geschitt, perfekt Qualitéit kann erreecht ginn. All Aarbechtszentrum iwwerpréift Indicateuren a Schlësselleistungsindikatoren (KPIs) all Dag, fir Verbesserungsberäicher z'identifizéieren, ier Problemer optrieden.
An dësem zouenen System huet all Produktiounsprozess eng Qualitéitsinferenz, déi Feedback liwwert fir de Prozess ze stoppen, de Prozess weiderzeféieren oder Echtzäitanpassungen ze maachen. De System gëtt net vun Middegkeet oder mënschleche Feeler beaflosst. E zouenen Qualitéitssystem, deen fir d'Fligerproduktioun entwéckelt gouf, ass essentiell fir méi héich Qualitéitsniveauen z'erreechen, Zykluszäiten ze verkierzen an d'Konformitéit mat den AS9100 Standarden ze garantéieren.
Virun zéng Joer war d'Iddi, d'QA op Produktdesign, Maartfuerschung, Fournisseuren, Produktservicer oder aner Faktoren ze konzentréieren, déi d'Clientzefriddenheet beaflossen, onméiglech. Produktdesign gëllt als eppes, wat vun enger méi héijer Autoritéit kënnt; Qualitéit bedeit d'Ëmsetzung vun dësen Designen um Montageband, onofhängeg vun hire Mängel.
Hautdesdaags iwwerdenken vill Firmen hir Geschäftspraktiken. De Status Quo am Joer 2018 ass vläicht net méi méiglech. Ëmmer méi Hiersteller ginn ëmmer méi intelligent. Méi Wëssen ass verfügbar, wat besser Intelligenz bedeit, fir direkt dat richtegt Produkt ze bauen, mat méi héijer Effizienz a Leeschtung.