Trong những năm qua, hàng không vũ trụ đã được chứng minh là một trong những ứng dụng phát triển nhanh nhất cho in 3D trên toàn thế giới. Nhiều loại, lô nhỏ và cấu trúc phức tạp là đặc điểm sản phẩm độc đáo của ngành hàng không vũ trụ. Nhu cầu cấp thiết về phát triển nhẹ, chi phí thấp và nhanh chóng tương thích cao với các đặc điểm của in 3D, chẳng hạn như mức độ tự do cao và tạo khuôn nhanh. Một số nhà sản xuất máy bay thậm chí có thể tận dụng thời gian ngừng hoạt động ngắn ngủi để trang bị thêm cho máy bay của họ, xây dựng kho lưu trữ kỹ thuật số để bảo trì máy bay cũ và sử dụng các kỹ thuật sản xuất tiên tiến để tạo ra thế hệ máy bay tiếp theo. Ví dụ, máy bay cỡ lớn C919 sản xuất trong nước của nước tôi được thiết kế và sản xuất thử nghiệm thông qua việc áp dụng một số lượng lớn công nghệ in 3D.
Hãy cùng tìm hiểu sâu hơn về lý do tại sao ngành hàng không sử dụng in 3D và xem những lợi thế chung này có thể được sử dụng như thế nào trong sản xuất máy bay:
tích hợp bộ phận
Điểm yếu nhất trong một bộ phận lắp ráp là nơi nó được lắp ráp. Trong trường hợp của máy bay, một điểm yếu như vậy có thể trở thành điểm hỏng hóc nghiêm trọng, gây nguy hiểm đến tính mạng con người.
Bằng cách kết hợp nhiều thành phần của một bộ phận vào một bản in 3D duy nhất, số lượng điểm lắp ráp nhất thiết phải giảm. Các dạng hình học độc đáo có thể thực hiện được bằng cách in 3D có thể giảm thiểu những thứ thường có hàng chục hoặc hàng trăm bộ phận thành chỉ một vài — hoặc một bộ phận duy nhất. Không cần hàn, tán đinh hoặc các ốc vít khác để giữ các bộ phận lại với nhau, việc lắp ráp không chỉ giảm mà còn giảm các điểm hỏng hóc tiềm ẩn.
Càng nhiều thành phần được hợp nhất, tiết kiệm càng lớn. Nếu một số bộ phận được cố định sau khi lắp ráp, đây có thể là cơ hội để tích hợp thiết kế. Độ phức tạp thường không có trong sản xuất bồi đắp và các bộ phận thành công nhất khai thác tiên đề này càng nhiều càng tốt. Những lợi ích của việc tích hợp các bộ phận chủ yếu bao gồm:
Giảm lắp ráp: Điều này bao gồm giảm lao động, hàng tồn kho, đồ gá/công cụ và dấu ấn sản xuất dành riêng cho sản phẩm cuối cùng. Kiểm tra lắp ráp cũng được giảm bớt, làm giảm đáng kể khả năng xảy ra lỗi lắp ráp.
Ít điểm hỏng hóc hơn: Giảm chi phí bảo trì dài hạn và giảm tồn kho phụ tùng thay thế. Việc thay thế hàng loạt nhỏ có thể được thực hiện nhanh chóng và tiết kiệm chi phí nếu cần.
Giảm chi phí vận hành: Nhờ sản xuất bồi đắp, tối ưu hóa bộ phận thông qua tự do thiết kế giúp cải thiện hiệu suất sản phẩm, cho phép cải tiến như giảm trọng lượng bộ phận và hiệu suất nhiệt tốt hơn.
Lhạng nặng
Đối với thiết bị được sử dụng trong chuyến bay, "gam là vàng" và mỗi kg trọng lượng giảm được có thể tiết kiệm hàng trăm nghìn nhân dân tệ chi phí. Các thành phần nhẹ hơn có nghĩa là ít nhiên liệu hơn, điều này không chỉ làm giảm lượng khí thải carbon khi bay mà còn giảm chi phí bay.
In 3D tiếp tục đổi mới trên cơ sở vật liệu sản xuất truyền thống. Trong các bộ phận kết cấu giống nhau, các công thức vật liệu in 3D với hiệu suất tốt hơn được sử dụng để tạo ra các bộ phận cuối cùng nhẹ hơn. Kết hợp với các cấu trúc nhẹ như tích hợp thành phần, tối ưu hóa cấu trúc liên kết in 3D và cấu trúc mạng, nó đặc biệt có lợi cho thiết kế nhẹ của máy bay, làm cho nó dày đặc hơn về mặt chức năng.
Tự do thiết kế nâng cao
Nhiều người làm việc trong lĩnh vực sản xuất bồi đắp muốn tuyên bố rằng công nghệ này mang lại "sự tự do thiết kế" tuyệt vời bởi vì lần đầu tiên có thể đạt được những hình học phức tạp mà các quy trình sản xuất khác không thể tạo ra được.
Trước đây, các bộ phận có thiết kế rất phức tạp rất khó sản xuất hoặc rất đắt tiền hoặc hoàn toàn không thể sản xuất được. Bằng cách sử dụng các quy trình sản xuất bồi đắp, các bộ phận kim loại hai hoặc ba chiều có độ phức tạp cao có thể được sản xuất theo cách tương đối đơn giản và đây là một cách khả thi để tạo thành các thành phần cấu trúc tích hợp bao gồm các bộ phận rắn và lưới.
Các phương pháp thiết kế như tối ưu hóa cấu trúc liên kết và thiết kế tổng quát đã hỗ trợ hiệu quả cho in 3D phát triển các hình dạng mới mà trước đây chưa từng nghĩ đến. Những thiết kế lưới phức tạp này không chỉ tiết kiệm trọng lượng bằng cách chỉ kết hợp vật liệu khi cần thiết mà còn thường bền hơn các thiết kế truyền thống. Mặc dù vẫn tồn tại một số hạn chế nhất định và có thể khác nhau tùy thuộc vào kỹ thuật in 3D và vật liệu được sử dụng, nhưng về nhiều mặt, những hạn chế này ít nghiêm trọng hơn nhiều so với những hạn chế được thấy trong các quy trình sản xuất trừ truyền thống. Các bộ phận bên trong và bên ngoài máy bay mới có thể được thiết kế để thay thế các bộ phận ban đầu đã cũ và các thủ thuật thiết kế linh hoạt hơn để bổ sung chức năng tối ưu.
Lặp lại tạo mẫu nhanh
Tên của việc sử dụng in 3D ban đầu là tạo mẫu nhanh. Từ ý tưởng phác thảo đến thiết kế CAD đến nguyên mẫu đầu tiên—rồi thứ hai, thứ ba, v.v.—in 3D tăng tốc thời gian đưa sản phẩm mới ra thị trường. Từ khâu thiết kế đến chế tạo để chế tạo cánh quạt tuabin bằng công nghệ truyền thống mất khoảng nửa năm, nhưng để chế tạo khuôn mẫu mất khoảng nửa năm. Tuy nhiên, sử dụng công nghệ in 3D có thể đạt được tốc độ quay vòng và lặp lại nhanh chóng trong vòng vài ngày hoặc vài tuần.
Sản xuất hàng loạt nhỏ
Trong ngành hàng không vũ trụ, tương đối ít máy bay được sản xuất xét về tổng sản lượng so với ngành sản xuất ô tô hoặc thiết bị điện.
Giá trị cao, sản xuất khối lượng thấp rất phù hợp cho in 3D. Trong khi nhiều quy trình sản xuất truyền thống yêu cầu phải chế tạo khuôn và dụng cụ đắt tiền, tạo ra lợi thế kinh tế theo quy mô cho sản xuất hàng loạt, sản xuất bồi đắp loại bỏ nhu cầu về khuôn. Có thể tạo một hoặc nhiều chi tiết cùng một lúc—bao gồm các thiết kế khác nhau trên cùng một tấm bản dựng—mà không cần thêm chi phí đúc khuôn hoặc dụng cụ.
Điểm uốn giữa sản xuất bồi đắp và sản xuất truyền thống thường yêu cầu sản xuất hàng trăm hoặc hàng nghìn bộ phận cho đến khi các công nghệ truyền thống trở nên hiệu quả hơn về chi phí và mặc dù điều này cuối cùng có thể làm giảm chi phí của mỗi bộ phận đúc phun xuống còn xu điểm, in 3D sẽ tiết kiệm chi phí hơn. Đặc biệt khi sử dụng những vật liệu có giá trị ứng dụng cao thì việc tiết kiệm vật liệu là điều cấp thiết.
Dhàng tồn kho kỹ thuật số
Khi một chiếc máy bay gần hết thời hạn sử dụng, nó thường có thể được trục vớt bằng cách thay thế một số bộ phận để tiếp tục bay. Cách thông thường để thực hiện điều này là thông qua việc sử dụng các nhà kho vật lý, nơi các phụ tùng thay thế được dự trữ trên kệ khi cần. Trong hầu hết các trường hợp, các phụ tùng thay thế này được sản xuất cùng lúc với các phụ tùng OEM sản xuất hàng loạt ban đầu và được dành riêng cho nhu cầu thay thế các bộ phận bị mòn. Nhưng nếu nhu cầu đó không bao giờ nảy sinh, họ không chỉ lãng phí thời gian và chi phí sản xuất mà còn lãng phí hàng năm trời đặt chúng trên kệ. Tồi tệ hơn, nếu có nhu cầu, phụ tùng thay thế sẽ hết hàng, đặc biệt là những phụ tùng đã ngừng sản xuất mãi mãi - thiếu dù chỉ một bộ phận nhỏ cũng có thể khiến máy bay phải ngừng hoạt động.
Thay vì đặt các mặt hàng lên kệ một cách vật lý, phương pháp kiểm kê kỹ thuật số lưu trữ các tệp thiết kế có thể được in 3D. Những bộ phận cần thay thế có thể được sản xuất ở bất cứ đâu và bất cứ lúc nào bằng cách sử dụng các kỹ thuật in 3D thích hợp mà không cần phải sản xuất trước các khuôn hoặc dụng cụ đắt tiền. Thay vì chờ đợi các OEM trì hoãn, từ đó giảm áp lực tồn kho vật lý, đồng thời kéo dài tuổi thọ chuyến bay, để nó không thể bay vì một bộ phận nhỏ.
Bay cao hơn và xa hơn với in 3D
Việc sản xuất máy bay, từ nguyên mẫu đến phụ tùng, ngày càng được hưởng lợi từ việc sử dụng in 3D trong chuỗi cung ứng. Sản xuất phi tập trung, khả năng thiết kế mới và giảm thời gian, vật liệu và chi phí đang cung cấp những cách thức mới để máy bay tiếp tục bay cao.
Quy trình sản xuất giá trị gia tăng thay thế quy trình sản xuất truyền thống, có thể tiết kiệm chi phí khuôn mẫu, giảm chi phí và tăng hiệu quả về nhiều mặt. Vật liệu in 3D là cơ sở vật chất cho sự phát triển của công nghệ in 3D và kim loại, gốm sứ và vật liệu composite đang là những dấu vết mới nổi trong lĩnh vực in 3D. Theo số liệu thống kê ngành do Wohlers Associates Inc công bố, trong các ngành ứng dụng hạ nguồn của in 3D, ngành ô tô, điện tử tiêu dùng và hàng không vũ trụ chiếm tỷ trọng lớn nhất, và kim loại, gốm sứ và vật liệu composite sẽ trở thành "điểm bùng phát" của vật liệu in 3D.
Trong bối cảnh của kế hoạch "Made in China 2025", in 3D đã trở thành dòng chính trong việc thúc đẩy sản xuất thông minh của đất nước tôi và hàng không vũ trụ là một trong những lĩnh vực ứng dụng quan trọng của sản xuất bồi đắp. Hiện nay, trong lĩnh vực hàng không vũ trụ trong và ngoài nước, máy bay có số Mach cao và khả năng cơ động cao xuất hiện vô tận và trở thành một trong những xu hướng phát triển chính của thế hệ phương tiện hàng không vũ trụ tiếp theo. Các yêu cầu thiết kế của nó đưa ra các yêu cầu cao hơn đối với quy trình thiết kế và sản xuất. Hầu hết các thành phần có các đặc điểm của kích thước lớn, hình dạng phức tạp và nhiều cấu trúc. Công nghệ in 3D có lợi thế lớn trong sản xuất tích hợp các bộ phận kích thước lớn, sản xuất các bộ phận kết cấu phức tạp và có hình dạng đặc biệt cũng như sản xuất các bộ phận kết cấu tùy chỉnh hàng loạt.
JR có thể cung cấp cho bạn thiết kế, quy trình in 3D, xử lý hậu kỳ, xử lý CNC và các dịch vụ một cửa khác. Hiện tại, nó đã hợp tác với nhiều tổ chức nghiên cứu khoa học, trường đại học và doanh nghiệp trong lĩnh vực ứng dụng hàng không vũ trụ và cam kết cung cấp giải pháp tổng thể cho in 3D gián tiếp kim loại với cấu trúc vi mô hiệu suất cao, nhẹ và tốt.