Після того, як вуглецевий пік і вуглецевий нейтралітет були вперше записані у звіті про роботу китайського уряду в 2021 році, вуглецевий нейтралітет на поточних двох сесіях знову став гарячою темою для обговорення. Глобальне потепління призвело до зростання кліматичних ризиків, і досягнення вуглецевої нейтральності є найактуальнішою місією в сучасному світі. Судячи із загального обсягу викидів вуглецю в глобальному масштабі, авіаційна промисловість насправді не є надвеликою домогосподарством з викидами вуглецю, але це, безперечно, «складне господарство» щодо скорочення викидів вуглецю. Зі збільшенням кількості літаків все ще залишається складним завданням постійно досліджувати та вдосконалювати різні засоби енергозбереження та скорочення викидів для досягнення встановленої мети вуглецевої нейтральності в аерокосмічній промисловості.
Адитивне виробництво забезпечує вуглецевий нейтралітет протягом життєвого циклу в авіаційній промисловості
Академік Лу Бінхен зазначив: «У майбутньому обробна промисловість Китаю буде поділена на три частини: матеріал, скорочення матеріалів і додавання матеріалів». Особливо в галузі авіації адитивне виробництво має унікальні переваги, такі як зменшення ваги літаків, формування складних деталей і реалізація інтеграції компонентів, що показало велику цінність і широкі перспективи застосування. Деталі вітчизняного великогабаритного пасажирського літака C919 використовують адитивну технологію обробки центральної лінії крила; Boeing 787 Dreamliner має 30 деталей, виготовлених за технологією адитивного виробництва; Удосконалений авіаційний двигун GE9X GE складається з більш ніж однієї третини компонентів. Це зроблено за допомогою адитивного виробництва.
Коли ми розглядаємо весь життєвий цикл продукту, включаючи проектування та виробництво аерокосмічної продукції, повітряне транспортування, технічне обслуговування продукції та технічне обслуговування з точки зору розвитку, характеристики технології адитивного виробництва визначають, що вона має значні переваги порівняно з традиційним виробництвом з точки зору вуглецевої нейтральності.
Проектування та виготовлення
1. Немає необхідності відкривати форму, швидка ітерація. Найвидатнішою перевагою технології адитивного виробництва є те, що деталі будь-якої форми можуть бути безпосередньо згенеровані з даних комп’ютерної графіки без механічної обробки чи будь-якої форми, що значно скоротить ітераційний процес, скоротить цикл розробки продукту та виробництва та збільшить енергію в процес розробки. споживання значно знижується. Професор Ван Хуамін з Університету Бейханг одного разу сказав, що Китай тепер може використовувати технологію адитивного виробництва, щоб надрукувати віконну раму кабіни літака C919 лише за 55 днів, тоді як європейська авіабудівна компанія заявила, що вони вироблятимуть те саме протягом принаймні 2 років. років. Технологія виробництва матеріалу значно скорочує виробничий цикл і підвищує ефективність.
2. Чиста форма, високий коефіцієнт використання матеріалу. Ключовий спосіб, за допомогою якого адитивне виробництво може бути нейтральним у вуглеці, полягає у використанні меншої кількості матеріалів для кожної частини, компонента та продукту. Адитивне виробництво – це чиста форма, яка значно зменшує кількість відходів, що утворюються в процесі різання, фрезерування та шліфування традиційного виробництва, а коефіцієнт використання матеріалу кінцевого продукту значно покращується. Крім того, завдяки оптимізації топології формування решітчастих структур, ґратчастих структур тощо також може досягти мети економії матеріалів.
3. Інтеграція функціональної структури, скорочення процедур обробки та складання. Адитивна технологія не потребує традиційних інструментів і пристосувань, а також численних процедур обробки, і може швидко й точно виготовляти деталі будь-якої складної форми на одному пристрої, таким чином реалізуючи інтеграцію функцій і структур деталей і значно скорочуючи процедури обробки та складання. процес досягнення цілі низьковуглецевого процесу виробництва.
AIR фрахт
1. Зменшити вагу та зменшити споживання палива. Для авіаційної техніки зниження ваги є вічною темою, а зменшення ваги на 5 відсотків може заощадити 20 відсотків споживання палива. Адитивне виробництво може зменшити споживання енергії під час транспортування за рахунок зменшення ваги компонентів літака.
2. Підвищення ефективності згоряння двигуна та зменшення споживання палива. Всередині двигуна технологія виробництва присадок завершує виготовлення камери згоряння та багатьох конструктивних елементів, що робить двигун простішим, легшим і компактнішим, що дозволяє економити до 15 відсотків палива за рахунок підвищення паливної ефективності лише за допомогою конструкції.
3. Друкуйте за вимогою, зменшуючи витрати енергії. Виробництво на місці та друк на вимогу зменшує загальні витрати енергії та зменшує вуглецевий слід. Витрати на навколишнє середовище, такі як складання, транспортування, логістика, зберігання тощо, практично виключаються, що призводить до кращого використання енергії та ресурсів.
Ремонт і обслуговування
1. Переробка, зелена та з низьким вмістом вуглецю. Адитивне виробництво може реалізувати повторне використання викинутих деталей за допомогою технології фрезерування та реалізувати розвиток авіаційної промисловості в напрямку економіки замкнутого циклу. Наприклад, технічна ідея MolyWorks у США полягає в перетворенні металевих відходів друку у високоякісний порошок. При цьому компанія запропонувала модель розвитку бізнесу «Mobile Foundry», тобто металеві відходи на місці переварюють і перетворюють на якісний порошок.
3. Частковий ремонт, щоб уникнути браку деталей. Базуючись на характеристиках пошарового виготовлення адитивного виробництва, лише пошкоджена частина розглядається як спеціальна підкладка, і форма частини може бути відновлена за допомогою лазерного тривимірного формування на пошкодженій частині, а продуктивність може відповідати вимоги використання. Реалізовано ефективний цикл з низьким вмістом вуглецю в процесі виробництва деталей, заощаджуючи енергію, споживану при виробництві нових матеріалів і деталей. Наприклад, для деталей диска турбіни, коли лопатка на диску пошкоджена, необхідно лише використовувати технологію адитивного виробництва для ремонту пошкодженої лопатки, щоб відновити роботу диска та уникнути зламання всього диска турбіни.
3. Поліпшити продуктивність деталей і збільшити термін служби. Завдяки оптимізації структури деталей навантаження на деталі можна розподілити найбільш розумним чином, зменшуючи ризик появи втомних тріщин, тим самим збільшуючи термін служби та зменшуючи вуглецевий слід. Наприклад, шасі, виготовлене за технологією 3D на американському винищувачі F16, не тільки відповідає стандартам використання, але й має середній термін служби в 2,5 рази більше, ніж у оригіналу.
Пропозиції щодо майбутніх напрямків
З метою подальшого вдосконалення здатності адитивного виробництва досягати вуглецевої нейтральності в авіаційній промисловості пропонуються наступні напрямки розвитку.
1. Оптимізація мікроструктури матеріалу. Професійна база даних створюється через геном матеріалу для реалізації інтелектуальної оптимізації вибору матеріалу. Встановлюючи внутрішній зв’язок між складом, процесом, мікроструктурою та продуктивністю, мікроструктура, яка відповідає вимогам нейтральності вуглецю, розробляється відповідно до властивостей матеріалу.
2. Структурна та мультидисциплінарна оптимізація топології. Запровадьте об’ємне проектування, кероване кількома фізиками, цифрову інтеграцію багатомасштабних функцій і різних типів матеріалів, підтримку необхідних механічних властивостей і досягнення структурно-функціонального злиття для зменшення споживання матеріалів і зменшення ваги компонентів.
3. Поєднання штучного інтелекту та технології data twin. Інтегруйте сучасне обладнання або технології, такі як моніторинг процесів, сприйняття інформації, машинне навчання, штучний інтелект, бази даних тощо. Інтегруйте промисловий Інтернет у цифровий двійник адитивного виробництва, щоб дані та моделі можна було обмінювати та аналізувати через хмарні платформи та адитивну цифрову екосистему можна покращити. Адитивне виробництво може відігравати ключову роль у зниженні викидів вуглецю в кожній ланці виробництва деталей літаків.