Po tom, čo sa vrchol uhlíka a uhlíková neutralita prvýkrát zapísali do pracovnej správy čínskej vlády v roku 2021, uhlíková neutralita na prebiehajúcich dvoch zasadnutiach sa opäť stala horúcou témou diskusie. Globálne otepľovanie viedlo k rastúcim klimatickým rizikám a dosiahnutie uhlíkovej neutrality je najnaliehavejšou úlohou v dnešnom svete. Súdiac podľa celkového množstva emisií uhlíka v celosvetovom meradle, letecký priemysel v skutočnosti nie je super veľkou domácnosťou uhlíkových emisií, ale rozhodne je to „náročná domácnosť“ v znižovaní emisií uhlíka. S nárastom počtu lietadiel je stále náročnou úlohou neustále skúmať a zdokonaľovať rôzne prostriedky na úsporu energie a znižovanie emisií na dosiahnutie stanoveného cieľa uhlíkovej neutrality v leteckom a kozmickom priemysle.
Aditívna výroba umožňuje uhlíkovú neutralitu životného cyklu v leteckom priemysle
Akademik Lu Bingheng zdôraznil: "V budúcnosti bude čínsky výrobný priemysel rozdelený na tri časti: materiál, redukcia materiálu a pridávanie materiálu." Najmä v oblasti letectva má aditívna výroba jedinečné výhody, ako je zníženie hmotnosti lietadiel, vytváranie zložitých častí a realizácia integrácie komponentov, čo preukázalo veľkú hodnotu a široké možnosti použitia. Časti domáceho veľkého osobného lietadla C919 využívajú technológiu aditívnej výroby na spracovanie stredovej línie krídel; Boeing 787 Dreamliner má 30 dielov vyrobených technológiou aditívnej výroby; Pokročilý letecký motor GE9X od GE má viac ako jednu tretinu komponentov. Vyrába sa aditívnou výrobou.
Keď vezmeme do úvahy celý životný cyklus produktu pri navrhovaní a výrobe leteckých produktov, leteckej doprave, údržbe produktov a údržbe z vývojového hľadiska, vlastnosti technológie aditívnej výroby určujú, že má značné výhody oproti tradičnej výrobe z hľadiska uhlíkovej neutrality.
Dizajn a výroba
1. Nie je potrebné otvárať formu, rýchla iterácia. Najvýraznejšou výhodou technológie aditívnej výroby je, že časti akéhokoľvek tvaru môžu byť priamo generované z údajov počítačovej grafiky bez obrábania alebo akejkoľvek formy, čo výrazne zníži iteračný proces, skráti vývojový a výrobný cyklus produktu a zvýši energiu v vývojový proces. spotreba je výrazne znížená. Profesor Wang Huaming z Beihang University raz povedal, že Čína môže teraz použiť technológiu aditívnej výroby na vytlačenie okenného rámu kokpitu lietadla C919 len za 55 dní, zatiaľ čo európska spoločnosť vyrábajúca lietadlá uviedla, že bude vyrábať to isté najmenej 2 dni. rokov. Technológia výroby materiálov výrazne skracuje výrobný cyklus a zvyšuje efektivitu.
2. Čistý tvar, vysoká miera využitia materiálu. Kľúčovým spôsobom, ako môže byť aditívna výroba uhlíkovo neutrálna, je použitie menšieho množstva materiálu na každú časť, komponent a produkt. Aditívna výroba je čistý tvar, ktorý výrazne znižuje odpad vznikajúci pri procese rezania, frézovania a brúsenia tradičnej výroby a výrazne sa zlepšuje miera využitia materiálu konečného produktu. Okrem toho, prostredníctvom optimalizácie topológie, vytváranie mriežkových štruktúr, mriežkových štruktúr atď., môže tiež dosiahnuť účel úspory materiálov.
3. Integrácia funkčnej štruktúry, redukcia procesov spracovania a montáže. Aditívna technológia nevyžaduje tradičné nástroje a prípravky a viaceré postupy spracovania a dokáže rýchlo a presne vyrobiť diely akéhokoľvek zložitého tvaru na jednom zariadení, čím sa realizuje integrácia funkcií a štruktúr dielov a výrazne sa znížia postupy spracovania a montáže. proces na dosiahnutie nízkouhlíkového cieľa výrobného procesu.
Air nákladom
1. Znížte hmotnosť a znížte spotrebu paliva. Pre letecké zariadenia je večnou témou znižovanie hmotnosti a 5-percentné zníženie hmotnosti môže ušetriť 20 percent spotreby paliva. Aditívna výroba môže znížiť spotrebu energie počas prepravy znížením hmotnosti komponentov lietadla.
2. Zlepšite účinnosť spaľovania motora a znížte spotrebu paliva. Vo vnútri motora aditívna výrobná technológia dokončuje výrobu spaľovacej komory a mnohých konštrukčných prvkov, vďaka čomu je motor jednoduchší, ľahší a kompaktnejší, čo mu umožňuje ušetriť až 15 percent paliva zlepšením palivovej účinnosti samotným dizajnom.
3. Tlač na požiadanie, čím sa zníži plytvanie energiou. Výroba na mieste a tlač na požiadanie znižuje celkové plytvanie energiou a znižuje uhlíkovú stopu. Ekologické náklady ako montáž, doprava, logistika, skladovanie atď. sú prakticky eliminované, čo vedie k zlepšeniu spotreby energie a zdrojov.
Oprava a údržba
1. Recyklácia, zelená a nízkouhlíková. Aditívna výroba môže realizovať opätovné použitie vyradených dielov pomocou technológie frézovania a realizovať rozvoj leteckého výrobného priemyslu v smere obehového hospodárstva. Technickou myšlienkou spoločnosti MolyWorks v Spojených štátoch je napríklad premena kovového tlačového odpadu na vysokokvalitný prášok. Spoločnosť zároveň navrhla model rozvoja podnikania „Mobile Foundry“, to znamená, že kovový odpad sa priamo na mieste rozkladá a premieňa na vysokokvalitný prášok.
3. Čiastočná oprava, aby sa predišlo zošrotovaniu dielov. Na základe výrobných charakteristík výroby aditív po vrstvách sa za špeciálny substrát považuje iba poškodená časť a tvar dielu môže byť obnovený laserovým trojrozmerným tvarovaním na poškodenej časti a výkon môže spĺňať požiadavky na používanie. Realizuje sa účinný nízkouhlíkový cyklus procesu výroby dielov, čím sa šetrí energia spotrebovaná pri výrobe nových materiálov a dielov. Napríklad v prípade častí turbínového disku, keď je lopatka na disku poškodená, je potrebné použiť iba technológiu aditívnej výroby na opravu poškodeného lopatky, aby sa obnovila funkcia disku a zabránilo sa zošrotovaniu celého disku turbíny.
3. Zlepšenie výkonu dielov a zvýšenie životnosti. Optimalizáciou štruktúry dielov možno namáhanie dielov rozložiť najrozumnejším spôsobom, čím sa zníži riziko únavových trhlín, čím sa zvýši životnosť a zníži sa uhlíková stopa. Napríklad podvozok vyrobený 3D technológiou na americkej stíhačke F16 nielenže spĺňa štandard používania, ale má aj 2,5-násobnú priemernú životnosť oproti originálu.
Návrhy pre budúce smerovanie
Aby sa ďalej zlepšila schopnosť výroby aditív dosiahnuť uhlíkovú neutralitu v leteckom priemysle, sú navrhnuté nasledujúce smery vývoja.
1. Optimalizácia mikroštruktúry materiálu. Prostredníctvom materiálového genómu je vytvorená profesionálna databáza, ktorá umožňuje inteligentnú optimalizáciu výberu materiálu. Stanovením vnútorného vzťahu medzi zložením, procesom, mikroštruktúrou a výkonom je navrhnutá mikroštruktúra, ktorá spĺňa požiadavky na uhlíkovú neutralitu, podľa vlastností materiálu.
2. Optimalizácia štrukturálnej a multidisciplinárnej topológie. Zaviesť multifyzikálne poháňaný objemový dizajn, digitálne integrovať viacrozmerné prvky a viacdruhové materiály, zachovať potrebné mechanické vlastnosti a dosiahnuť fúziu štrukturálnych funkcií na zníženie spotreby materiálu a zníženie hmotnosti komponentov.
3. Kombinácia umelej inteligencie a technológie dátového dvojčaťa. Integrujte pokročilé vybavenie alebo technológie, ako je monitorovanie procesov, vnímanie informácií, strojové učenie, umelá inteligencia, databázy atď. Integrujte priemyselný internet do digitálneho dvojčaťa aditívnej výroby, aby bolo možné dáta a modely zdieľať a analyzovať prostredníctvom cloudových platforiem a aditívny digitálny ekosystém možno zlepšiť. Aditívna výroba môže hrať kľúčovú úlohu pri znižovaní uhlíka v každom článku výroby leteckých dielov.