Titanyum alaşımlarının kullanımının artmasının ardındaki temel faktörlerden biri, karbon fiber kompozitlerin havacılık ve uzay imalatında yaygın olarak uygulanmasıdır. Titanyum alaşımları ve karbon fiber kompozitler mükemmel uyumluluk sergileyerek yalnızca yüksek mukavemet ve korozyon direnci sunmakla kalmaz, aynı zamanda ağırlığı etkili bir şekilde azaltır; bu da onları özellikle yüksek gerilimli alanlar ve kompozit malzemelerle temas halindeki kritik bileşenler için uygun hale getirir. Bununla birlikte, titanyum alaşımı kullanımındaki bu artış, havacılık ve uzay imalatçıları için ikili bir zorluk teşkil etmektedir: birincisi, titanyum alaşımları yüksek-değerli metallerdir ve geleneksel dövme işlemleri son derece düşük malzeme kullanımına yol açar; ham maddelerin %80 ila %95'i işleme sırasında potansiyel olarak israf edilir ve bu da havacılık endüstrisinin yalın üretim ve sürdürülebilir kalkınma arayışına zorluk teşkil eder. İkinci olarak, uçak performansının sürekli optimizasyonu giderek daha verimli ve hafif yapısal tasarıma dayanırken, geleneksel üretim süreçleri sıklıkla karmaşık entegre yapılar elde edilirken yüksek maliyetler, uzun teslim süreleri veya teknik imkansızlık gibi sınırlamalarla karşı karşıya kalır. Peki, acil bir sorun olan malzeme israfını eş zamanlı olarak çözebilecek ve karmaşık yapısal tasarımların gelecekteki potansiyelini ortaya çıkarabilecek bir üretim yöntemi var mı? Havacılık ve uzay üreticisi Airbus, uzun yıllardır uyguladığı kablolu-yönlendirilmiş enerji biriktirme (w-DED) katmanlı üretim teknolojisiyle bu sorulara yanıt verdi.
w-DED nasıl çalışır?
Airbus, teknolojinin, dijital bir modele göre hassas şekilde hareket eden, titanyum alaşımlı tel makarayla donatılmış çok-eksenli bir robotik kol kullandığını açıklıyor. Lazer, plazma veya elektron ışınları gibi enerjinin tel üzerine odaklanmasıyla anında eritilir ve katman katman bir alt tabakaya biriktirilir. Yüzeysel olarak süreç kaynağa benzer, ancak aslında tamamen üç-boyutlu bir model tarafından kontrol edilir, malzemeyi aşağıdan yukarıya doğru-"boş parça" olarak adlandırılan bir parçaya "basma" kapasitesine sahiptir. Bu boş parça zaten istenilen nihai şekle çok yakındır, "nete yakın{-şekle yakın" bir duruma ulaşır ve parçanın kesin boyut gereksinimlerini karşılamak için yalnızca hızlı bitirme gerekir.
Büyük Uçak Titanyum Alaşımlı Yapısal Bileşenlerinin Potansiyelini Ortaya Çıkarmak
Büyük Uçak Titanyum Alaşımlı Yapısal Bileşenlerinin Potansiyelini Ortaya Çıkarmak
Metal 3D baskı teknolojisi havacılık alanında yaklaşık on yıldır kullanılıyor olsa da daha önceleri öncelikli olarak küçük parçalarla sınırlıydı. "Toz yataklı" 3D baskı sistemleri genellikle 60 santimetreden (yaklaşık iki fit) daha kısa parçalar üretmek için kullanılır. Buna karşılık, w-DED teknolojisi Airbus'ın boyut sınırlamalarının üstesinden gelmesine olanak tanıdı ve uzunluğu yedi metreye (23 feet'in üzerinde) kadar olan büyük titanyum alaşımlı yapısal bileşenler üretti. Yeni süreç, saatte birkaç kilogram malzemenin üretim hızlarını vaat ediyor. Bu, büyük ticari uçak yapısal bileşenleri için 3D baskı teknolojisinin endüstriyel-ölçekli, büyük-ölçekli üretimini mümkün kılar.
Titanyum Hammadde Atığının Azaltılmasına Yardımcı Olmak
Günümüzün sürdürülebilir ve yalın üretim arayışında, geleneksel dövme işlemleri, havacılık ve uzay imalatçılarının katı maliyet kontrolü ve kaynak verimliliği gereksinimlerini karşılamakta zorlanmaktadır. Airbus'ın DED katmanlı üretimini başlatmasının temel nedenlerinden biri, işleme sırasında malzeme israfını en başından itibaren önlemektir. Bunun nedeni, DED katmanlı imalatta parçaların, son tasarım şekline çok benzeyen ve yalnızca minimum düzeyde müteakip işleme gerektirecek şekilde, neredeyse-net-şekle yakın bir şekilde katman katman-katman{- büyütülmesidir.
Uçak geliştirme çevikliğini artırma
Geleneksel kalıpta dövme işlemleri, iki yıla kadar sürebilen ve önemli miktarda ön yatırım gerektiren büyük, karmaşık kalıpların üretimini gerektirir. Buna karşılık, 3D-baskılı parçaların şekli tamamen bilgisayar programları tarafından tanımlanıyor ve teslimat döngüleri yalnızca birkaç haftaya indiriliyor. w-DED'in sunduğu çeviklik, özellikle ilk prototipin sorunsuz ve zamanında üretilmesi açısından faydalıdır-ayrıntılı tasarımlarda hâlâ ince ayarlar yapılıyor ve optimize ediliyor- olsa da, teknoloji, uçağın tamamı son montaja girene kadar fiziksel bileşenlerin hızlı bir şekilde yinelenmesini destekliyor.
A350 Üretiminde İlk Doğrulama
Airbus yakın zamanda A350 uçağının kargo kapısı çevre yapısında w-DED teknolojisi kullanılarak üretilen büyük bileşenlerin seri üretim entegrasyonuna başladı. Bu keşif aşamasında, Airbus tarafından tasarlanan bu spesifik parçalar, kalifiye tedarikçiler tarafından plazma w-DED teknolojisi kullanılarak basılıyor, ardından Testia Bremen tarafından ultrasonik olarak test ediliyor ve son olarak Airbus'un kendi fabrikalarında tamamlanıp bir araya getiriliyor. Bu parçalar, yerine geçtikleri geleneksel dövme parçalarla işlevsel ve geometrik olarak aynıdır ancak önemli ölçüde maliyet tasarrufu sağlamıştır. İleriye dönük olarak Airbus, bu teknolojiyi diğer projelere ve uçağın daha kritik parçalarına (uzun vadede kanatlar ve iniş takımları dahil) kademeli olarak genişletmek için A350'nin w-DED bileşenlerini bir başlangıç noktası olarak kullanmayı planlıyor.
DED için tasarlandı
Daha da önemlisi, bu teknoloji yeni "DED için tasarlandı" kavramının ortaya çıkmasına neden oldu. Mühendislerin artık karmaşık bileşenleri ayrı üretim ve montaj için birden fazla bağımsız parçaya ayırması gerekmiyor; bunun yerine bunları yapısal olarak optimize edilmiş tek bir entegre bileşen olarak tasarlayabilir ve tek seferde basabilirler. Birden fazla parçayı tek bir bileşene entegre etme yeteneği, tedarik zincirini etkili bir şekilde basitleştirecek, montaj adımlarını azaltacak ve üretim döngülerini kısaltacak, böylece 3D tasarım konseptlerine dayalı yeni-nesil uçakların potansiyelinin tam olarak hayata geçirilmesini sağlayacak.
Temel Bileşenlerin Üretim Uygulamasının Teşvik Edilmesi
Şu anda Airbus ve ortakları, w-DED (wafer{-to-bulmak) teknolojisini kullanarak temel bileşenlerin üretiminde deneyim biriktirme konusunda büyük ilerlemeler kaydediyor ve cesaret verici bir ilerleme elde ediyor. Mühendisler, plazma, ark kaynağı, elektron ışınları ve lazer ışınları da dahil olmak üzere çeşitli enerji kaynaklarını test ediyor ve aynı anda hem "dış kaynak kullanımı" (harici üreticilerle baskı sözleşmesi yapmak) hem de "-şirket içi üretim" (dahili üretim) stratejilerini değerlendiriyor. Ayrıca bu teknolojinin şirket genelinde uygulanmasını ve tanıtılmasını sağlamak için Airbus Grubu düzeyinde standartlaştırılacak.
Uçuşa Elverişlilik Mantığını Sistematik Olarak Geliştirmek
Uçuşa elverişlilik sertifikasyonunun en-zaman alıcı ve zorlu yönü, güvenliğin tanınması, yani malzemelerin güvenli olduğunun nasıl kanıtlanacağıdır. Uluslararası sivil havacılık imalat sanayi, uzun yıllara dayanan uygulama deneyimine sahiptir. Uçuşa elverişlilik sertifikasyonundan bahsettiğimizde aslında uçak parçalarının sertifikasyonundan bahsediyoruz; bu da üç unsuru içeriyor: malzeme, süreç ve tasarım. Eklemeli üretim-3D baskı teknolojisi-bu üç öğenin tümünü içerir. İlk olarak, eklemeli üretim bir üretim sürecidir. Bu arada, bu teknolojinin değerini en üst düzeye çıkarmak, katmanlı üretime yönelik tasarım gerektirir. Parçaların katmanlı imalatında yeni malzemelerin kullanılması, güvenlik doğrulaması gerektiren başka bir unsur daha ekler. Bu nedenle en güvenli yaklaşım bu sorunu adım adım çözerek riskleri en aza indirmektir. Airbus'ın titanyum alaşımlı DED katmanlı üretime yaklaşımı, yukarıdaki röportajda tartışılan "üç-adımlı" uçuşa elverişlilik mantığını yansıtmaktadır. İlk olarak, A350 kargo kapıları gibi ikincil yük-taşıyan yapılardan başlayarak, malzeme ve tasarımda değişiklik yapılmadan DED sürecinin güvenilirliği doğrulandı. Daha sonra yavaş yavaş birincil yük{20}}taşıyan yapıları kapsayacak şekilde genişletildi ve "DED için tasarlanmış" optimizasyonu teşvik etti. Şu anda odak noktası; malzemelerde, süreçlerde ve tasarımda aynı anda tamamen yeni yollara meydan okumak yerine, geleneksel malzemelerin potansiyelini yeni süreçlerle ortaya çıkarmaktır. Bu aşamalı, risk-kontrollü yaklaşım, yalnızca sanayileşmede gerekli ritmi yansıtmakla kalmaz, aynı zamanda havacılık ve uzay katmanlı imalatının özünü de ortaya çıkarır-bu yalnızca teknolojik bir yenilik değil, aynı zamanda sistematik bir "güven oluşturma" projesidir. Teknolojik yeniliğin, uçuşa elverişlilik ve bunun altında yatan zamanlama, risk sınıflandırması ve doğrulama mantığı çerçevesinde sertifikalandırılabilen ve seri üretilebilen güvenilir değere nasıl dönüştürüleceği, belirli teknik ayrıntılardan ziyade endüstrinin derinlemesine değerlendirilmesine daha layık olabilir.