Jedním z klíčových faktorů, které stojí za zvýšeným používáním titanových slitin, je široké použití kompozitů z uhlíkových vláken v leteckém průmyslu. Titanové slitiny a kompozity z uhlíkových vláken vykazují vynikající kompatibilitu a nabízejí nejen vysokou pevnost a odolnost proti korozi, ale také účinné snížení hmotnosti, díky čemuž jsou zvláště vhodné pro vysoce-namáhaná místa a kritické součásti přicházející do styku s kompozitními materiály. Tento nárůst používání titanových slitin však představuje pro výrobce leteckého průmyslu dvojí výzvu: za prvé, titanové slitiny jsou vysoce-kovy s vysokou hodnotou a tradiční procesy kování vedou k extrémně nízkému využití materiálu, přičemž až 80 % až 95 % surovin se potenciálně vyplýtvá při obrábění, což představuje výzvu pro snahu leteckého průmyslu o štíhlou výrobu a udržitelný rozvoj. Za druhé, nepřetržitá optimalizace výkonu letadla stále více spoléhá na efektivnější a lehčí konstrukční návrh, zatímco tradiční výrobní procesy často čelí omezením, jako jsou vysoké náklady, dlouhé dodací lhůty nebo technická neproveditelnost při dosahování komplexních integrovaných struktur. Existuje tedy výrobní metoda, která dokáže současně řešit naléhavou otázku plýtvání materiálem a odemykat budoucí potenciál komplexních konstrukčních návrhů? Airbus, výrobce letectví a kosmonautiky, na tyto otázky odpověděl svou technologií výroby aditivní výroby drátěným-řízeným nanášením energie (w-DED), kterou praktikuje již mnoho let.
Jak w-DED funguje?
Airbus vysvětluje, že tato technologie využívá víceosé robotické rameno vybavené cívkou drátu z titanové slitiny, která se přesně pohybuje podle digitálního modelu. Zaměřením energie, jako je laser, plazma nebo elektronové paprsky na drát, se okamžitě roztaví a ukládá vrstvu po vrstvě na substrát. Navenek proces připomíná svařování, ale ve skutečnosti je zcela řízen trojrozměrným modelem, který dokáže „vytisknout“ materiál zdola nahoru do takzvané „prázdné části“. Tento polotovar je již velmi blízko konečnému požadovanému tvaru a dosahuje stavu „téměř -čistého- tvaru“ a ke splnění přesných rozměrových požadavků dílu je zapotřebí pouze rychlé dokončení.
Odemknutí potenciálu velkých konstrukčních součástí z titanové slitiny
Odemknutí potenciálu velkých konstrukčních součástí z titanové slitiny
Zatímco technologie kovového 3D tisku se v oblasti letectví používá zhruba deset let, dříve byla primárně omezena na malé díly. Systémy 3D tisku „Powder Bed“ se obvykle používají k výrobě dílů kratších než 60 centimetrů (asi dvě stopy). Naproti tomu technologie w{5}}DED umožnila Airbusu překonat omezení velikosti a vyrábět velké konstrukční součásti z titanové slitiny o délce až sedm metrů (přes 23 stop). Nový proces slibuje výrobní rychlost několika kilogramů materiálu za hodinu. To umožňuje průmyslovou-velkou{10}}výrobu technologie 3D tisku pro konstrukční součásti velkých komerčních letadel.
Pomáháme snižovat plýtvání surovinami titanu
V dnešní snaze o udržitelnou a štíhlou výrobu se tradiční procesy kování potýkají s přísnými požadavky na kontrolu nákladů a efektivitu zdrojů výrobců leteckého průmyslu. Jedním z klíčových důvodů, proč Airbus zavedl aditivní výrobu DED, je zabránit plýtvání materiálem během zpracování od samého počátku. Důvodem je to, že při aditivní výrobě DED se díly zvětšují vrstvu-po-vrstvě způsobem blízkým-síti{5}}, který se velmi podobá konečnému tvaru návrhu a vyžaduje pouze minimální následné opracování.
Zlepšení agilnosti vývoje letadel
Tradiční procesy zápustkového kování vyžadují výrobu velkých, složitých forem, což je proces, který může trvat až dva roky a vyžaduje značné počáteční investice. Naproti tomu tvar 3D-tištěných dílů je zcela definován počítačovými programy, což zkracuje dodací cykly na pouhých několik týdnů. Agilita, kterou nabízí w-DED, je zvláště přínosná pro hladkou a včasnou výrobu prvního prototypu,-i když se podrobné návrhy stále dolaďují-a optimalizují, technologie podporuje rychlé opakování fyzických komponentů, dokud se celé letadlo nedostane do finální montáže.
První ověření ve výrobě A350
Airbus nedávno zahájil sériovou výrobu integrace velkých součástí vyrobených pomocí technologie w{0}}DED do obvodové konstrukce nákladových dveří letadla A350. V této průzkumné fázi jsou tyto specifické díly navržené společností Airbus vytištěny pomocí plazmové technologie w{3}DED kvalifikovanými dodavateli, poté testovány ultrazvukem v Testia Bremen a nakonec dokončeny a smontovány ve vlastních továrnách Airbusu. Tyto díly jsou funkčně a geometricky totožné s tradičními kovanými díly, které nahrazují, ale dosáhly značných úspor nákladů. Pokud jde o budoucnost, Airbus plánuje použít komponenty w-DED A350 jako výchozí bod pro postupné rozšiřování této technologie na další projekty a kritičtější části letadla (z dlouhodobého hlediska, včetně křídel a podvozku).
Určeno pro DED
Ještě důležitější je, že tato technologie dala vzniknout novému konceptu „navrženo pro DED“. Inženýři již nemusejí rozkládat složité komponenty na více nezávislých částí pro samostatnou výrobu a montáž; místo toho je mohou navrhnout jako jedinou, strukturálně optimalizovanou integrovanou součást a vytisknout je najednou. Tato schopnost integrovat více dílů do jediné komponenty efektivně zjednoduší dodavatelský řetězec, sníží počet montážních kroků a zkrátí výrobní cykly, čímž plně využije potenciál letadel nové{2}}generace založených na 3D konstrukčních konceptech.
Podpora výrobní aplikace klíčových součástí
V současné době Airbus a jeho partneři dělají velké pokroky při shromažďování zkušeností s výrobou klíčových komponent pomocí technologie w-DED (wafer{1}}to{2}}find) a dosáhli povzbudivého pokroku. Inženýři testují různé zdroje energie, včetně plazmy, obloukového svařování, elektronových paprsků a laserových paprsků, a současně vyhodnocují strategie „outsourcingu“ (zadání tisku externím výrobcům) a „interní výroby“ (interní výroba). Kromě toho bude tato technologie standardizována na úrovni skupiny Airbus, aby bylo zajištěno její uplatnění a propagace v celé společnosti.
Systematické prosazování logiky letové způsobilosti
Časově-nejnáročnějším a nejnáročnějším aspektem certifikace letové způsobilosti je uznání bezpečnosti, tedy jak prokázat, že materiály jsou bezpečné. Mezinárodní výrobní průmysl civilního letectví nashromáždil zkušenosti za mnoho let praxe. Když zmiňujeme certifikaci letové způsobilosti, máme ve skutečnosti na mysli certifikaci součástí letadel, která zahrnuje tři aspekty: materiály, procesy a design. Aditivní výroba-Technologie 3D tisku-zahrnuje všechny tři prvky. Za prvé, aditivní výroba je výrobní proces. Mezitím maximalizace hodnoty této technologie vyžaduje design pro aditivní výrobu. Použití nových materiálů v aditivní výrobě dílů přidává další prvek vyžadující ověření bezpečnosti. Nejbezpečnějším přístupem je proto tento problém řešit krok za krokem a minimalizovat rizika. Přístup společnosti Airbus k výrobě aditiv DED z titanové slitiny odráží logiku „tří{13}}kroků“ pro letovou způsobilost, o níž jsme hovořili v rozhovoru výše. Za prvé, počínaje sekundárními nosnými konstrukcemi{15}}, jako jsou nákladová vrata A350, byla ověřena spolehlivost samotného procesu w{17}}DED při zachování nezměněných materiálů a designu. Poté se postupně rozšířil na primární nosné{20} konstrukce a podporoval optimalizaci „navrženo pro DED“. V současné době se zaměřujeme na odemykání potenciálu tradičních materiálů pomocí nových procesů, spíše než na současné zdolávání zcela nových cest v materiálech, procesech a designu. Tento postupný, rizikem{21}}řízený přístup nejen odráží nezbytný rytmus industrializace, ale také odhaluje podstatu letecké aditivní výroby{23}}není to jen technologická inovace, ale také systematický projekt „budování důvěry“. Jak přeměnit technologickou inovaci na spolehlivou hodnotu, která může být certifikována a sériově vyráběna v rámci letové způsobilosti, a základní načasování, stratifikace rizik a logika ověřování může být více hodna hlubšího zvážení tohoto odvětví než konkrétní technické detaily.