Bir üretim teknolojisi danışmanlık şirketi olan SmarTech'e göre havacılık, katmanlı üretimin (AM) hizmet verdiği en büyük ikinci sektör ve tıptan sonra ikinci sırada yer alıyor.Bununla birlikte, havacılık ve uzay bileşenlerinin hızlı imalatında seramik malzemelerin eklemeli imalatının potansiyeli, artan esneklik ve maliyet etkinliği konusunda hâlâ farkındalık eksikliği bulunmaktadır.AM, daha güçlü ve daha hafif seramik parçaları daha hızlı ve daha sürdürülebilir bir şekilde üretebilir; bu da işçilik maliyetlerini azaltır, manuel montajı en aza indirir ve modellemeyle geliştirilen tasarım sayesinde verimliliği ve performansı artırarak uçağın ağırlığını azaltır.Ayrıca katmanlı üretim seramik teknolojisi, 100 mikrondan küçük özellikler için bitmiş parçaların boyutsal kontrolünü sağlar.
Ancak seramik kelimesi kırılganlık yanılgısını çağrıştırabilir.Aslında, katmanlı üretim seramikleri, büyük yapısal mukavemete, tokluğa ve geniş bir sıcaklık aralığına dirence sahip daha hafif, daha ince parçalar üretir.İleriye dönük şirketler, nozullar ve pervaneler, elektrik yalıtkanları ve türbin kanatları dahil olmak üzere seramik üretim bileşenlerine yöneliyor.
Örneğin, yüksek saflıkta alümina yüksek sertliğe sahiptir ve güçlü bir korozyon direncine ve sıcaklık aralığına sahiptir.Alüminadan yapılmış bileşenler aynı zamanda havacılık ve uzay sistemlerinde yaygın olarak görülen yüksek sıcaklıklarda elektriksel olarak yalıtkandır.
Zirkonya bazlı seramikler, üst düzey metal kalıplama, valfler ve yataklar gibi aşırı malzeme gereksinimleri ve yüksek mekanik stres içeren birçok uygulamayı karşılayabilir.Silisyum nitrür seramikleri yüksek mukavemet, yüksek tokluk ve mükemmel termal şok direncinin yanı sıra çeşitli asitlerin, alkalilerin ve erimiş metallerin korozyonuna karşı iyi kimyasal dirence sahiptir.Silikon nitrür yalıtkanlar, pervaneler ve yüksek sıcaklıkta düşük dielektrik antenler için kullanılır.
Kompozit seramikler arzu edilen birçok kaliteyi sağlar.Alümina ve zirkon ile eklenen silikon bazlı seramiklerin, türbin kanatları için tek kristal dökümlerin üretiminde iyi performans gösterdiği kanıtlanmıştır.Bunun nedeni, bu malzemeden yapılan seramik çekirdeğin 1.500°C'ye kadar çok düşük termal genleşmeye, yüksek gözenekliliğe, mükemmel yüzey kalitesine ve iyi filtrelenebilirliğe sahip olmasıdır.Bu çekirdeklerin basılması, daha yüksek çalışma sıcaklıklarına dayanabilen ve motor verimliliğini artırabilen türbin tasarımları üretebilir.
Seramiklerin enjeksiyonla kalıplanmasının veya işlenmesinin çok zor olduğu ve işlemenin, üretilen bileşenlere sınırlı erişim sağladığı iyi bilinmektedir.İnce duvarlar gibi özelliklerin işlenmesi de zordur.
Ancak Lithoz, hassas, karmaşık şekilli 3D seramik bileşenler üretmek için litografi bazlı seramik üretimini (LCM) kullanıyor.
CAD modelinden başlayarak detaylı özellikler dijital olarak 3D yazıcıya aktarılır.Daha sonra hassas şekilde formüle edilmiş seramik tozunu şeffaf kazanın üstüne uygulayın.Hareketli inşaat platformu çamura batırılıyor ve ardından seçici olarak aşağıdan görünür ışığa maruz kalıyor.Katman görüntüsü, projeksiyon sistemiyle birleştirilmiş bir dijital mikro ayna cihazı (DMD) tarafından oluşturulur.Bu işlemin tekrarlanmasıyla katman katman üç boyutlu bir yeşil kısım oluşturulabiliyor.Termal son işlemden sonra bağlayıcı çıkarılır ve ham parçalar sinterlenir - özel bir ısıtma işlemiyle birleştirilir - mükemmel mekanik özelliklere ve yüzey kalitesine sahip tamamen yoğun bir seramik parça üretilir.
LCM teknolojisi, enjeksiyonlu kalıplama ve kayıp balmumu dökümü için gereken pahalı ve zahmetli kalıp imalatını atlayarak, türbin motoru bileşenlerinin hassas dökümü için yenilikçi, uygun maliyetli ve daha hızlı bir süreç sağlar.
LCM, diğer yöntemlerle elde edilemeyen tasarımları, diğer yöntemlere göre çok daha az hammadde kullanarak da gerçekleştirebilir.
Seramik malzemelerin ve LCM teknolojisinin büyük potansiyeline rağmen, AM orijinal ekipman üreticileri (OEM) ile havacılık ve uzay tasarımcıları arasında hâlâ bir boşluk var.
Bunun bir nedeni, özellikle sıkı güvenlik ve kalite gerekliliklerine sahip endüstrilerdeki yeni üretim yöntemlerine karşı direnç olabilir.Havacılık ve uzay üretimi, birçok doğrulama ve yeterlilik sürecinin yanı sıra kapsamlı ve titiz testler gerektirir.
Diğer bir engel ise 3D baskının havada kullanıma sunulabilecek herhangi bir şeyden ziyade, esas olarak yalnızca tek seferlik hızlı prototipleme için uygun olduğu inancıdır.Yine bu bir yanlış anlaşılmadır ve 3D baskılı seramik bileşenlerin seri üretimde kullanıldığı kanıtlanmıştır.
Bunun bir örneği, AM seramik işleminin tek kristal (SX) çekirdeklerin yanı sıra yönlü katılaşma (DS) ve eş eksenli döküm (EX) süper alaşım türbin kanatları ürettiği türbin kanatlarının imalatıdır.Karmaşık branş yapılarına, çoklu duvarlara ve 200μm'den daha küçük arka kenarlara sahip çekirdekler hızlı ve ekonomik bir şekilde üretilebilir ve son bileşenler tutarlı boyutsal doğruluğa ve mükemmel yüzey kalitesine sahiptir.
İletişimin güçlendirilmesi, havacılık tasarımcıları ile AM ​​OEM'lerini bir araya getirebilir ve LCM ve diğer teknolojiler kullanılarak üretilen seramik bileşenlere tamamen güvenebilir.Teknoloji ve uzmanlık mevcuttur.Ar-Ge ve prototip oluşturma konusundaki düşünce biçimini AM'den değiştirmesi ve bunu büyük ölçekli ticari uygulamalar için ileriye giden bir yol olarak görmesi gerekiyor.
Havacılık ve uzay şirketleri eğitimin yanı sıra personele, mühendisliğe ve testlere de zaman ayırabilir.Üreticilerin metalleri değil seramiği değerlendirmek için farklı standartlara ve yöntemlere aşina olması gerekir.Örneğin, Lithoz'un yapısal seramiklere yönelik iki temel ASTM standardı, dayanıklılık testleri için ASTM C1161 ve dayanıklılık testleri için ASTM C1421'dir.Bu standartlar tüm yöntemlerle üretilen seramikler için geçerlidir.Seramik eklemeli üretimde baskı adımı yalnızca bir şekillendirme yöntemidir ve parçalar, geleneksel seramiklerle aynı türde sinterlemeye tabi tutulur.Bu nedenle seramik parçaların mikro yapısı geleneksel işlemeye çok benzer olacaktır.
Malzemelerin ve teknolojinin sürekli ilerlemesine bağlı olarak tasarımcıların daha fazla veri elde edeceğini rahatlıkla söyleyebiliriz.Yeni seramik malzemeler özel mühendislik ihtiyaçlarına göre geliştirilecek ve özelleştirilecek.AM seramiklerinden yapılan parçalar, havacılıkta kullanım için sertifikasyon sürecini tamamlayacak.Ve geliştirilmiş modelleme yazılımı gibi daha iyi tasarım araçları sağlayacaktır.
Havacılık ve uzay şirketleri, LCM teknik uzmanlarıyla işbirliği yaparak AM seramik süreçlerini şirket içinde uygulamaya koyarak süreyi kısaltabilir, maliyetleri azaltabilir ve şirketin kendi fikri mülkiyet haklarının geliştirilmesi için fırsatlar yaratabilir.Öngörü ve uzun vadeli planlama ile seramik teknolojisine yatırım yapan havacılık şirketleri, önümüzdeki on yıl ve sonrasında tüm üretim portföylerinde önemli faydalar elde edebilir.
Havacılık ve uzay orijinal ekipman üreticileri, AM Ceramics ile ortaklık kurarak daha önce hayal bile edilemeyen bileşenler üretecek.
About the author: Shawn Allan is the vice president of additive manufacturing expert Lithoz. You can contact him at sallan@lithoz-america.com.
Shawn Allan, 1 Eylül 2021'de Cleveland, Ohio'daki Ceramics Expo'da seramik katmanlı üretimin avantajlarını etkili bir şekilde aktarmanın zorlukları hakkında konuşacak.
Hipersonik uçuş sistemlerinin gelişimi onlarca yıldır mevcut olmasına rağmen, artık ABD ulusal savunmasının en önemli önceliği haline gelmiş ve bu alanı hızlı bir büyüme ve değişim durumuna getirmiştir.Benzersiz bir multidisipliner alan olarak zorluk, bu alanın gelişimini teşvik etmek için gerekli becerilere sahip uzmanları bulmaktır.Ancak yeterli uzman olmadığında, Ar-Ge aşamasında üretilebilirlik için tasarımın (DFM) ilk sıraya konulması ve daha sonra uygun maliyetli değişiklikler yapmak için çok geç kalındığında üretim boşluğuna dönüşmesi gibi bir inovasyon açığı yaratmaktadır.
Yeni kurulan Uygulamalı Hipersonik Üniversite İttifakı (UCAH) gibi ittifaklar, alanı ilerletmek için gereken yeteneklerin yetiştirilmesi için önemli bir ortam sağlar.Öğrenciler teknoloji geliştirmek ve kritik hipersonik araştırmaları ilerletmek için doğrudan üniversite araştırmacıları ve sektör profesyonelleriyle çalışabilirler.
UCAH ve diğer savunma konsorsiyumunun üyelerine çeşitli mühendislik işlerinde bulunma yetkisi vermesine rağmen, tasarımdan malzeme geliştirmeye ve seçimden imalat atölyelerine kadar çeşitli ve deneyimli yetenekleri yetiştirmek için daha fazla çalışma yapılması gerekiyor.
Bu alanda daha kalıcı değer sağlamak için üniversite ittifakı, endüstri ihtiyaçlarına uyum sağlayarak, üyelerini sektöre uygun araştırmalara dahil ederek ve programa yatırım yaparak işgücü gelişimini bir öncelik haline getirmelidir.
Hipersonik teknolojiyi büyük ölçekli üretilebilir projelere dönüştürürken, mevcut mühendislik ve imalat iş gücü beceri açığı en büyük zorluktur.Eğer ilk araştırmalar, çok uygun bir şekilde adlandırılan bu ölüm vadisini (Ar-Ge ile üretim arasındaki uçurum ve birçok iddialı projenin başarısız olması) aşmazsa, uygulanabilir ve uygun bir çözümü kaybetmiş oluruz.
ABD imalat endüstrisi süpersonik hızı hızlandırabilir, ancak geride kalma riski, işgücü boyutunun da buna uygun olarak artmasıdır.Bu nedenle hükümet ve üniversite geliştirme konsorsiyumunun bu planları uygulamaya koymak için üreticilerle işbirliği yapması gerekiyor.
Sektörde üretim atölyelerinden mühendislik laboratuvarlarına kadar beceri boşlukları yaşandı; bu boşluklar yalnızca hipersonik pazar büyüdükçe daha da genişleyecek.Gelişen teknolojiler, bu alandaki bilgiyi genişletecek yeni bir iş gücü gerektirir.
Hipersonik çalışma, çeşitli malzeme ve yapılardan oluşan birkaç farklı temel alanı kapsar ve her alanın kendine özgü teknik zorlukları vardır.Yüksek düzeyde detaylı bilgi gerektirirler ve gerekli uzmanlığın bulunmaması, geliştirme ve üretimin önünde engel oluşturabilir.Eğer işi sürdürecek yeterli insanımız yoksa yüksek hızlı üretim talebini karşılamamız imkansız olacaktır.
Örneğin son ürünü oluşturabilecek insanlara ihtiyacımız var.UCAH ve diğer konsorsiyumlar, modern üretimi teşvik etmek ve üretimin rolüyle ilgilenen öğrencilerin dahil edilmesini sağlamak için gereklidir.Sektörler arası özel iş gücü geliştirme çabaları sayesinde sektör, önümüzdeki birkaç yıl içinde hipersonik uçuş planlarında rekabet avantajını koruyabilecek.
Savunma Bakanlığı, UCAH'ı kurarak bu alandaki yetenekleri geliştirmeye daha odaklı bir yaklaşım benimseme fırsatı yaratıyor.Tüm koalisyon üyeleri, öğrencilerin özel yeteneklerini eğitmek için birlikte çalışmalıdır; böylece araştırma ivmesini oluşturup koruyabilir ve ülkemizin ihtiyaç duyduğu sonuçları üretecek şekilde genişletebiliriz.
Şu anda kapalı olan NASA Gelişmiş Kompozitler İttifakı, başarılı bir iş gücü geliştirme çabasının bir örneğidir.Etkinliği, inovasyonun kalkınma ekosistemi boyunca genişlemesine olanak tanıyan Ar-Ge çalışmasını endüstri çıkarlarıyla birleştirmenin sonucudur.Endüstri liderleri iki ila dört yıl boyunca projeler üzerinde doğrudan NASA ve üniversitelerle çalıştı.Tüm üyeler profesyonel bilgi ve deneyim geliştirmiş, rekabetçi olmayan bir ortamda işbirliği yapmayı öğrenmiş ve üniversite öğrencilerini gelecekte sektörün önemli oyuncularını yetiştirecek şekilde yetiştirmişlerdir.
Bu tür bir iş gücü gelişimi, sektördeki boşlukları doldurur ve küçük işletmelere hızlı bir şekilde yenilik yapma ve daha fazla büyüme sağlamak için alanı çeşitlendirme fırsatları sunar; bu da ABD ulusal güvenlik ve ekonomik güvenlik girişimlerine yardımcı olur.
UCAH dahil üniversite ittifakları hipersonik alanda ve savunma sanayinde önemli varlıklardır.Araştırmaları yeni ortaya çıkan yenilikleri desteklese de, en büyük değerleri gelecek nesil iş gücümüzü eğitme becerilerinde yatmaktadır.Konsorsiyumun artık bu tür planlara yatırıma öncelik vermesi gerekiyor.Bunu yaparak hipersonik inovasyonun uzun vadeli başarısını artırmaya yardımcı olabilirler.
About the author: Kim Caldwell leads Spirit AeroSystems’ R&D program as a senior manager of portfolio strategy and collaborative R&D. In her role, Caldwell also manages relationships with defense and government organizations, universities, and original equipment manufacturers to further develop strategic initiatives to develop technologies that drive growth. You can contact her at kimberly.a.caldwell@spiritaero.com.
Karmaşık, yüksek düzeyde mühendislik gerektiren ürünlerin (uçak bileşenleri gibi) üreticileri her zaman mükemmelliğe kendilerini adamıştır.Manevraya yer yok.
Uçak üretimi son derece karmaşık olduğundan, üreticilerin kalite sürecini dikkatli bir şekilde yönetmesi ve her adıma büyük önem vermesi gerekiyor.Bu, düzenleyici gereksinimleri karşılarken dinamik üretim, kalite, güvenlik ve tedarik zinciri konularının nasıl yönetileceği ve bunlara nasıl uyum sağlanacağı konusunda derinlemesine bir anlayış gerektirir.
Yüksek kaliteli ürünlerin teslimatını birçok faktör etkilediğinden, karmaşık ve sık sık değişen üretim siparişlerini yönetmek zordur.Kalite süreci, muayene ve tasarım, üretim ve testin her aşamasında dinamik olmalıdır.Endüstri 4.0 stratejileri ve modern üretim çözümleri sayesinde bu kalite zorluklarının yönetimi ve üstesinden gelinmesi daha kolay hale geldi.
Uçak üretiminin geleneksel odak noktası her zaman malzeme olmuştur.Çoğu kalite sorununun kaynağı gevrek kırılma, korozyon, metal yorgunluğu veya diğer faktörler olabilir.Ancak günümüzün uçak üretimi, dayanıklı malzemelerin kullanıldığı ileri düzeyde mühendislik gerektiren teknolojiler içermektedir.Ürün oluşturma, son derece uzmanlaşmış ve karmaşık süreçler ve elektronik sistemler kullanır.Genel operasyon yönetimi yazılım çözümleri artık son derece karmaşık sorunları çözemeyebilir.
Küresel tedarik zincirinden daha karmaşık parçalar satın alınabilir, bu nedenle bunların montaj süreci boyunca entegre edilmesine daha fazla önem verilmelidir.Belirsizlik, tedarik zinciri görünürlüğü ve kalite yönetimine yeni zorluklar getiriyor.Bu kadar çok parçanın ve bitmiş ürünün kalitesinin sağlanması, daha iyi ve daha entegre kalite yöntemleri gerektirir.
Endüstri 4.0, imalat sanayinin gelişimini temsil etmektedir ve sıkı kalite gerekliliklerini karşılamak için giderek daha ileri teknolojilere ihtiyaç duyulmaktadır.Destekleyici teknolojiler arasında Endüstriyel Nesnelerin İnterneti (IIoT), dijital iş parçacıkları, artırılmış gerçeklik (AR) ve tahmine dayalı analitik yer alır.
Kalite 4.0, ürünleri, süreçleri, planlamayı, uyumluluğu ve standartları içeren, veriye dayalı bir üretim süreci kalite yöntemini tanımlar.Geleneksel kalite yöntemlerinin yerine geçmek yerine, kuruluşun iş akışını dönüştürmek ve olası ürün veya süreç kusurlarını ortadan kaldırmak için makine öğrenimi, bağlantılı cihazlar, bulut bilişim ve dijital ikizler dahil olmak üzere endüstriyel benzerleriyle aynı yeni teknolojilerin çoğunu kullanarak oluşturulmuştur.Kalite 4.0'ın ortaya çıkmasının, verilere olan güveni artırarak ve genel ürün oluşturma yönteminin bir parçası olarak kalitenin daha derin bir şekilde kullanılmasını sağlayarak işyeri kültürünü daha da değiştirmesi bekleniyor.
Kalite 4.0, başından tasarım aşamasına kadar operasyonel ve kalite güvence (QA) konularını entegre eder.Bu, ürünlerin nasıl kavramsallaştırılacağını ve tasarlanacağını da içerir.Son endüstri araştırması sonuçları, çoğu pazarın otomatik tasarım aktarım sürecine sahip olmadığını göstermektedir.Manuel süreç, ister dahili bir hata olsun, ister tasarım ve tedarik zincirindeki iletişim değişiklikleri olsun, hatalara yer bırakır.
Kalite 4.0, tasarımın yanı sıra israfı azaltmak, yeniden çalışmayı azaltmak ve üretim parametrelerini optimize etmek için süreç merkezli makine öğrenimini de kullanır.Ayrıca teslimattan sonra ürün performansı sorunlarını çözer, ürün yazılımını uzaktan güncellemek için yerinde geri bildirimi kullanır, müşteri memnuniyetini korur ve sonuçta işlerin tekrarlanmasını sağlar.Endüstri 4.0'ın ayrılmaz ortağı haline geliyor.
Ancak kalite yalnızca seçilen üretim bağlantılarına uygulanamaz.Kalite 4.0'ın kapsayıcılığı, üretim organizasyonlarına kapsamlı bir kalite yaklaşımı aşılayabilir ve verilerin dönüştürücü gücünü kurumsal düşüncenin ayrılmaz bir parçası haline getirebilir.Organizasyonun her seviyesindeki uyum, genel bir kalite kültürünün oluşmasına katkıda bulunur.
Hiçbir üretim prosesi zamanın %100'ünde mükemmel şekilde çalışamaz.Değişen koşullar, iyileştirme gerektiren öngörülemeyen olayları tetikler.Kalite konusunda deneyime sahip olanlar, her şeyin mükemmelliğe doğru ilerleme süreciyle ilgili olduğunu anlıyorlar.Sorunların mümkün olduğu kadar erken tespit edilmesi için kalitenin sürece dahil edilmesini nasıl sağlıyorsunuz?Kusuru bulduğunuzda ne yapacaksınız?Bu soruna neden olan herhangi bir dış faktör var mı?Bu sorunun tekrar yaşanmasını önlemek için denetim planında veya test prosedüründe ne gibi değişiklikler yapabilirsiniz?
Her üretim sürecinin birbiriyle ilişkili ve bağlantılı bir kalite sürecine sahip olduğu anlayışını oluşturun.Bire bir ilişkinin olduğu ve kalitenin sürekli ölçüldüğü bir gelecek hayal edin.Rastgele ne olursa olsun mükemmel kalite elde edilebilir.Her iş merkezi, sorunlar ortaya çıkmadan önce iyileştirilecek alanları belirlemek için göstergeleri ve temel performans göstergelerini (KPI'ler) günlük olarak gözden geçirir.
Bu kapalı döngü sisteminde her üretim sürecinin, süreci durdurmak, sürecin devam etmesine izin vermek veya gerçek zamanlı ayarlamalar yapmak için geri bildirim sağlayan bir kalite çıkarımı vardır.Sistem yorulma veya insan hatasından etkilenmez.Uçak üretimi için tasarlanan kapalı döngü kalite sistemi, daha yüksek kalite seviyelerine ulaşmak, çevrim sürelerini kısaltmak ve AS9100 standartlarına uygunluğu sağlamak için gereklidir.
On yıl önce, kalite güvencesini ürün tasarımı, pazar araştırması, tedarikçiler, ürün hizmetleri veya müşteri memnuniyetini etkileyen diğer faktörlere odaklama fikri imkansızdı.Ürün tasarımının daha üst bir otoriteden geldiği anlaşılmaktadır;kalite, bu tasarımların eksikliklerine bakılmaksızın montaj hattında yürütülmesiyle ilgilidir.
Günümüzde birçok şirket iş yapma şeklini yeniden düşünüyor.2018'deki statüko artık mümkün olmayabilir.Giderek daha fazla üretici daha akıllı hale geliyor.Daha fazla bilgi mevcuttur; bu, daha yüksek verimlilik ve performansla ilk seferde doğru ürünü oluşturmak için daha iyi zeka anlamına gelir.