Sen jälkeen kun hiilineutraalius ja hiilineutraalius kirjoitettiin ensimmäisen kerran Kiinan hallituksen työraporttiin vuonna 2021, hiilineutraalius kahdessa meneillään olevassa istunnossa on jälleen noussut kuumaksi keskustelunaiheeksi. Ilmaston lämpeneminen on lisännyt ilmastoriskejä, ja hiilineutraaliuden saavuttaminen on tämän päivän maailman kiireellisin tehtävä. Maailmanlaajuisen hiilidioksidipäästöjen kokonaismäärästä päätellen lentoteollisuus ei itse asiassa ole mikään supersuuri hiilidioksidipäästöjen kotitalous, mutta se on ehdottomasti "vaikea kotitalous" hiilidioksidipäästöjen vähentämisessä. Lentokoneiden määrän kasvun myötä on edelleen haastavaa tutkia ja kehittää jatkuvasti erilaisia energiansäästö- ja päästövähennyskeinoja ilmailuteollisuuden asetetun hiilineutraaliuden tavoitteen saavuttamiseksi.
Lisäainevalmistus mahdollistaa elinkaaren hiilineutraaliuden ilmailuteollisuudessa
Akateemikko Lu Bingheng huomautti: "Tulevaisuudessa Kiinan valmistusteollisuus jaetaan kolmeen osaan: materiaali, materiaalin vähentäminen ja materiaalin lisääminen." Erityisesti ilmailualalla lisäainevalmistuksessa on ainutlaatuisia etuja, kuten lentokoneiden painon vähentäminen, monimutkaisten osien muodostaminen ja komponenttien integroinnin toteuttaminen, mikä on osoittanut suurta arvoa ja laajat sovellusmahdollisuudet. Kotimaisen suuren matkustajakoneen C919 osat käsittelevät keskisiiven linjaa additiivinen valmistustekniikka; Boeing 787 Dreamlinerissä on 30 osaa, jotka on valmistettu additiivinen valmistustekniikka; GE:n edistyneessä lentokonemoottorissa GE9X:ssä on yli kolmasosa komponenteista. Se valmistetaan additiomenetelmällä.
Kun tarkastellaan ilmailu- ja avaruusalan tuotteiden suunnittelun ja valmistuksen, lentokuljetuksen, tuotehuollon ja huollon koko tuotteen elinkaarta kehityksen näkökulmasta, additiivisen valmistustekniikan ominaisuudet määräävät, että sillä on huomattavia etuja perinteiseen valmistukseen verrattuna hiilineutraaliuden suhteen.
Suunnittelu ja valmistus
1. Ei tarvitse avata muottia, nopea iteraatio. Additiivisen valmistustekniikan huomattavin etu on se, että tietokonegrafiikkatiedoista voidaan tuottaa minkä tahansa muotoisia osia suoraan ilman koneistusta tai muottia, mikä vähentää huomattavasti iteratiivista prosessia, lyhentää tuotekehitys- ja valmistussykliä sekä lisää energiaa kehitysprosessi. kulutus pienenee huomattavasti. Professori Wang Huaming Beihangin yliopistosta sanoi kerran, että Kiina voi nyt käyttää lisättävää valmistustekniikkaa C919-lentokoneen ohjaamon lasiikkunan kehyksen painamiseen vain 55 päivässä, kun taas eurooppalainen lentokonevalmistaja sanoi valmistavansa samaa vähintään 2 vuotta. Materiaalin valmistustekniikka lyhentää huomattavasti tuotantosykliä ja parantaa tehokkuutta.
2. Verkkomuoto, korkea materiaalin käyttöaste. Keskeinen tapa, jolla lisäainevalmistus voi olla hiilineutraalia, on käyttää vähemmän materiaalia jokaiseen osaan, komponenttiin ja tuotteeseen. Additiivinen valmistus on verkkomuoto, joka vähentää huomattavasti perinteisen valmistuksen leikkaus-, jyrsintä- ja jauhatusprosessissa syntyvää jätettä ja lopputuotteen materiaalin käyttöaste paranee huomattavasti. Lisäksi topologian optimoinnilla hilarakenteiden, hilarakenteiden jne. muodostamisella voidaan saavuttaa myös materiaalien säästämisen tarkoitus.
3. Toiminnallisen rakenteen integrointi vähentäen käsittely- ja kokoonpanomenettelyjä. Additiiviteknologia ei vaadi perinteisiä työkaluja ja kiinnikkeitä ja useita prosessointiprosesseja, ja se voi nopeasti ja tarkasti valmistaa minkä tahansa muotoisia osia yhdellä laitteella, mikä mahdollistaa osien toimintojen ja rakenteiden integroinnin ja vähentää huomattavasti prosessointiprosesseja ja kokoonpanoa. prosessi, jolla saavutetaan valmistusprosessin vähähiilinen tavoite.
Air rahti
1. Vähennä painoa ja vähennä polttoaineen kulutusta. Ilmailulaitteiden painonpudotus on ikuinen teema, ja 5 prosentin painonpudotus voi säästää 20 prosenttia polttoaineen kulutuksesta. Additiivinen valmistus voi vähentää energiankulutusta kuljetuksen aikana vähentämällä lentokoneen osien painoa.
2. Paranna moottorin palamistehokkuutta ja vähennä polttoaineen kulutusta. Moottorin sisällä lisäainevalmistustekniikka viimeistelee polttokammion ja monien rakenneosien valmistuksen, mikä tekee moottorista yksinkertaisemman, kevyemmän ja kompaktimman, mikä mahdollistaa jopa 15 prosentin polttoainesäästön parantamalla polttoainetehokkuutta pelkästään suunnittelulla.
3. Tulosta tarpeen mukaan, mikä vähentää energiahukkaa. Paikan päällä tapahtuva ja tilaustulostus vähentää energian kokonaishukkaa ja hiilijalanjälkeä. Ympäristökustannukset, kuten kokoonpano-, kuljetus-, logistiikka-, varastointi- jne., ovat käytännössä eliminoituneet, mikä parantaa energian ja resurssien käyttöä.
Korjaus ja huolto
1. Kierrätys, vihreä ja vähähiilinen. Additiivisella valmistuksella voidaan toteuttaa jyrsintätekniikan avulla hylättyjen osien uudelleenkäyttö ja ilmailun valmistusteollisuuden kehitys kiertotalouden suuntaan. Esimerkiksi yhdysvaltalaisen MolyWorksin tekninen idea on muuttaa metallipainojätteet korkealaatuiseksi jauheeksi. Samaan aikaan yritys on ehdottanut "Mobile Foundry" -liiketoiminnan kehittämismallia, eli metallijätteet pilkotaan ja muunnetaan laadukkaaksi jauheeksi paikan päällä.
3. Osittainen korjaus osien romutuksen välttämiseksi. Lisäainevalmistuksen kerros-kerroksisten valmistusominaisuuksien perusteella vain vaurioitunutta osaa pidetään erityisenä substraattina, ja osan muoto voidaan palauttaa vaurioituneen osan kolmiulotteisella lasermuovauksella, ja suorituskyky voidaan täyttää. käytön vaatimukset. Osien valmistusprosessissa toteutetaan hyödyllinen vähähiilinen kierto, joka säästää uusien materiaalien ja osien valmistukseen kuluvaa energiaa. Esimerkiksi turbiinilevyn osissa, kun levyn siipi on vaurioitunut, on tarpeen käyttää vain lisävalmistustekniikkaa vaurioituneen siiven korjaamiseen, jotta levyn toiminta palautetaan ja koko turbiinilevyn romuttaminen vältetään.
3. Paranna osien suorituskykyä ja pidennä käyttöikää. Osien rakennetta optimoimalla osien jännitys voidaan jakaa järkevimmällä tavalla, mikä vähentää väsymishalkeamien riskiä, pidentää siten käyttöikää ja pienentää hiilijalanjälkeä. Esimerkiksi amerikkalaisen F16-hävittäjän 3D-tekniikalla valmistettu laskuteline ei vain täytä käyttöstandardeja, vaan sen keskimääräinen käyttöikä on 2,5 kertaa alkuperäiseen verrattuna.
Ehdotuksia tulevaisuuden suuntaviivoiksi
Jotta lisäainevalmistuksen kykyä saavuttaa hiilineutraalius ilmailuteollisuudessa voitaisiin edelleen parantaa, ehdotetaan seuraavia kehityssuuntia.
1. Materiaalin mikrorakenteen optimointi. Materiaaligenomin kautta perustetaan ammattimainen tietokanta materiaalien valinnan älykkään optimoinnin toteuttamiseksi. Määrittämällä koostumuksen, prosessin, mikrorakenteen ja suorituskyvyn välinen suhde, hiilineutraaliusvaatimukset täyttävä mikrorakenne suunnitellaan materiaalin ominaisuuksien mukaan.
2. Rakenteellisen ja monitieteisen topologian optimointi. Ota käyttöön monifysiikka-ohjattu tilavuussuunnittelu, integroi digitaalisesti monimuotoiset ominaisuudet ja monityyppiset materiaalit, säilytä tarvittavat mekaaniset ominaisuudet ja saavuta rakenteellisten toimintojen yhdistäminen materiaalin kulutuksen ja komponenttien painon vähentämiseksi.
3. Tekoälyn ja datan kaksoisteknologian yhdistelmä. Integroi kehittyneitä laitteita tai teknologioita, kuten prosessien seurantaa, tiedon havainnointia, koneoppimista, tekoälyä, tietokantoja jne. Integroi teollinen Internet additiiviseksi valmistuksen digitaaliseksi kaksoispariksi, jotta dataa ja malleja voidaan jakaa ja analysoida pilvialustojen kautta. additiivinen digitaalinen ekosysteemi voidaan parantaa. Lisäainevalmistus voi olla avainasemassa hiilidioksidin vähentämisessä kaikissa lentokoneiden osien valmistuksen osissa.