ساخت افزودنی خنثی شدن کربن را در هوافضا امکان پذیر می کند

پس از اینکه اوج کربن و بی طرفی کربن برای اولین بار در گزارش کار دولت چین در سال 2021 نوشته شد، بی طرفی کربن در دو جلسه جاری بار دیگر به موضوع داغ بحث تبدیل شده است. گرمایش زمین منجر به افزایش خطرات آب و هوایی شده است و دستیابی به بی طرفی کربن فوری ترین ماموریت در دنیای امروز است. با قضاوت از میزان کل انتشار کربن در مقیاس جهانی، صنعت هوانوردی در واقع خانواده بزرگی از انتشار کربن نیست، اما قطعاً در کاهش انتشار کربن «خانواده دشواری» است. با افزایش تعداد هواپیماها، کاوش مداوم و بهبود روش های مختلف صرفه جویی در انرژی و کاهش انتشار برای دستیابی به هدف تعیین شده بی طرفی کربن در صنعت هوافضا، همچنان یک کار چالش برانگیز است.

ساخت افزودنی، بی طرفی کربن چرخه حیات را در صنعت هوانوردی فعال می کند

آکادمیک لو بینگنگ خاطرنشان کرد: در آینده، صنعت تولید چین به سه بخش تقسیم می شود: مواد، کاهش مواد و افزودن مواد. به خصوص در زمینه هوانوردی، ساخت افزودنی دارای مزایای منحصر به فردی مانند کاهش وزن هواپیما، تشکیل قطعات پیچیده و تحقق یکپارچگی اجزا است که ارزش زیادی و چشم انداز کاربردی گسترده ای را نشان داده است. قطعات هواپیمای مسافربری بزرگ داخلی C919 از فناوری ساخت افزودنی برای پردازش خط بال مرکزی استفاده می کنند. بوئینگ 787 دریم لاینر دارای 30 قطعه است که توسط فناوری ساخت افزودنی ساخته شده است. موتور پیشرفته هوائی GE9X جنرال الکتریک دارای بیش از یک سوم اجزاء است که توسط ساخت افزودنی انجام می شود.

هنگامی که کل چرخه عمر محصول طراحی و ساخت محصول هوافضا، حمل و نقل هوایی، نگهداری و نگهداری محصول را از منظر توسعه در نظر می گیریم، ویژگی های فناوری ساخت افزودنی نشان می دهد که مزایای قابل توجهی نسبت به تولید سنتی از نظر خنثی بودن کربن دارد.

طراحی و ساخت

1. بدون نیاز به باز کردن قالب، تکرار سریع. بارزترین مزیت فناوری ساخت افزودنی این است که قطعاتی با هر شکلی را می توان مستقیماً از داده های گرافیکی کامپیوتری بدون ماشین کاری یا هر قالبی تولید کرد، که به میزان زیادی روند تکراری را کاهش می دهد، چرخه توسعه و تولید محصول را کوتاه می کند و انرژی را در دستگاه افزایش می دهد. فرآیند توسعه مصرف به میزان قابل توجهی کاهش می یابد. پروفسور وانگ هوآمینگ از دانشگاه بی هانگ زمانی گفت که چین اکنون می تواند از فناوری ساخت افزودنی برای چاپ قاب شیشه ای کابین خلبان هواپیمای C919 تنها در 55 روز استفاده کند، در حالی که یک شرکت سازنده هواپیمای اروپایی گفت که آنها همان چیزی را برای حداقل 2 بار تولید خواهند کرد. سال ها. تکنولوژی ساخت مواد چرخه تولید را تا حد زیادی کوتاه می کند و کارایی را بهبود می بخشد.

2. شکل خالص، میزان استفاده از مواد بالا. یک راه کلیدی که تولید افزودنی می تواند کربن خنثی باشد، استفاده از مواد کمتر برای هر قطعه، جزء و محصول است. تولید افزودنی یک شکل توری است که ضایعات تولید شده در فرآیند برش، آسیاب و آسیاب ساخت سنتی را تا حد زیادی کاهش می دهد و میزان استفاده از مواد محصول نهایی تا حد زیادی بهبود می یابد. علاوه بر این، از طریق بهینه سازی توپولوژی، تشکیل ساختارهای شبکه، سازه های شبکه و غیره نیز می تواند به هدف صرفه جویی در مواد دست یابد.

3. یکپارچه سازی ساختار عملکردی، کاهش فرآیندهای پردازش و مونتاژ. فناوری افزودنی نیازی به ابزارها و وسایل سنتی و روش‌های پردازش چندگانه ندارد و می‌تواند به سرعت و با دقت قطعات هر شکل پیچیده‌ای را در یک دستگاه بسازد، در نتیجه یکپارچه‌سازی عملکردها و ساختارهای قطعه را درک می‌کند و فرآیندهای پردازش و مونتاژ را تا حد زیادی کاهش می‌دهد. فرآیند دستیابی به هدف کم کربن فرآیند تولید.

Aباربری ir

1. کاهش وزن و کاهش مصرف سوخت. برای تجهیزات هوانوردی، کاهش وزن موضوع ابدی آن است و کاهش وزن 5 درصدی می تواند 20 درصد در مصرف سوخت صرفه جویی کند. ساخت افزودنی می تواند با کاهش وزن اجزای هواپیما، مصرف انرژی در حین حمل و نقل را کاهش دهد.

2. بهبود راندمان احتراق موتور و کاهش مصرف سوخت. در داخل موتور، فناوری ساخت افزودنی، ساخت محفظه احتراق و بسیاری از عناصر ساختاری را تکمیل می‌کند، که موتور را ساده‌تر، سبک‌تر و فشرده‌تر می‌کند، که به آن اجازه می‌دهد تا 15 درصد در مصرف سوخت صرفه‌جویی کند و صرفه‌جویی در راندمان سوخت را تنها با طراحی انجام دهد.

3. چاپ بر اساس تقاضا، کاهش اتلاف انرژی. تولید در محل و چاپ بر اساس تقاضا اتلاف انرژی کلی را کاهش می دهد و ردپای کربن را کاهش می دهد. هزینه های زیست محیطی مانند مونتاژ، حمل و نقل، لجستیک، ذخیره سازی و غیره عملا حذف می شوند و در نتیجه مصرف انرژی و منابع بهبود می یابد.

تعمیر و نگهداری

1. بازیافت، سبز و کم کربن. تولید افزودنی می تواند استفاده مجدد از قطعات دور ریخته شده را از طریق فناوری آسیاب محقق کند و توسعه صنعت تولید هوانوردی را در جهت اقتصاد دایره ای تحقق بخشد. به عنوان مثال، ایده فنی MolyWorks در ایالات متحده، تبدیل ضایعات چاپ فلز به پودر با کیفیت بالا است. در عین حال، این شرکت مدل توسعه کسب و کار «ریخته‌گری سیار» را پیشنهاد کرده است، یعنی ضایعات فلزی در محل هضم و به پودر باکیفیت تبدیل می‌شوند.

3. تعمیر جزئی برای جلوگیری از اسقاط قطعات. بر اساس ویژگی های ساخت لایه به لایه در ساخت افزودنی، تنها قسمت آسیب دیده به عنوان یک بستر خاص در نظر گرفته می شود و شکل قطعه را می توان با شکل دهی سه بعدی لیزری بر روی قسمت آسیب دیده بازیابی کرد و عملکرد را برآورده کرد. الزامات استفاده یک چرخه با کیفیت کم کربن در فرآیند ساخت قطعات تحقق می یابد و انرژی مصرف شده در تولید مواد و قطعات جدید را ذخیره می کند. به عنوان مثال، برای قطعات دیسک توربین، زمانی که تیغه ای روی دیسک آسیب می بیند، فقط باید از فناوری ساخت افزودنی برای تعمیر تیغه آسیب دیده استفاده کرد تا عملکرد دیسک بازیابی شود و از ریزش کل دیسک توربین جلوگیری شود.

3. بهبود عملکرد قطعات و افزایش عمر مفید. با بهینه سازی ساختار قطعات می توان تنش قطعات را به معقول ترین شکل توزیع کرد و خطر ترک های ناشی از خستگی را کاهش داد و در نتیجه عمر مفید و ردپای کربن را کاهش داد. به عنوان مثال، ارابه فرود ساخته شده با فناوری سه بعدی در جنگنده آمریکایی F16 نه تنها استاندارد استفاده را دارد، بلکه دارای طول عمر متوسط ​​2.5 برابر بیشتر از نمونه اصلی است.

پیشنهاداتی برای مسیرهای آینده

به منظور بهبود بیشتر توانایی تولید افزودنی برای دستیابی به بی‌طرفی کربن در صنعت هوانوردی، جهت‌های توسعه زیر پیشنهاد شده‌اند.

1. بهینه سازی ریزساختار مواد. یک پایگاه داده حرفه ای از طریق ژنوم مواد برای تحقق بهینه سازی هوشمندانه انتخاب مواد ایجاد می شود. با ایجاد رابطه ذاتی بین ترکیب، فرآیند، ریزساختار و عملکرد، ریزساختاری که الزامات خنثی بودن کربن را برآورده می کند، با توجه به خواص ماده طراحی می شود.

2. بهینه سازی توپولوژی ساختاری و چند رشته ای. طراحی حجمی مبتنی بر فیزیک چندگانه را معرفی کنید، ویژگی‌های چند مقیاسی و مواد چند نوع را به صورت دیجیتالی یکپارچه کنید، خواص مکانیکی لازم را حفظ کنید، و به همجوشی ساختاری برای کاهش مصرف مواد و کاهش وزن قطعات دست یابید.

3. ترکیبی از هوش مصنوعی و فناوری دوقلو داده. تجهیزات یا فناوری‌های پیشرفته مانند نظارت بر فرآیند، ادراک اطلاعات، یادگیری ماشین، هوش مصنوعی، پایگاه‌های اطلاعاتی و غیره را ادغام کنید. اینترنت صنعتی را در یک دوقلو دیجیتال تولیدی افزودنی ادغام کنید تا داده‌ها و مدل‌ها از طریق پلتفرم‌های ابری به اشتراک گذاشته و تجزیه و تحلیل شوند. اکوسیستم دیجیتال افزودنی را می توان بهبود بخشید. ساخت افزودنی می تواند نقش کلیدی در کاهش کربن در هر بخش از تولید قطعات هواپیما داشته باشد.