Nakon što su ugljični vrh i neutralnost ugljika prvi put upisani u izvještaj o radu kineske vlade 2021. godine, neutralnost ugljika na tekuće dvije sjednice ponovo je postala vruća tema rasprave. Globalno zagrijavanje dovelo je do povećanja klimatskih rizika, a postizanje neutralnosti ugljika je najhitnija misija u današnjem svijetu. Sudeći po ukupnoj količini emisija ugljika na globalnom nivou, avio industrija zapravo nije super-veliko domaćinstvo emisija ugljika, ali je definitivno "teško domaćinstvo" u smanjenju emisije ugljika. Uz povećanje broja aviona, i dalje je izazovan zadatak kontinuirano istraživati i poboljšavati različita sredstva za uštedu energije i smanjenje emisija kako bi se postigao postavljeni cilj neutralnosti ugljika u zrakoplovnoj industriji.
Aditivna proizvodnja omogućava ugljičnu neutralnost životnog ciklusa u avio industriji
Akademik Lu Bingheng je istakao: "U budućnosti će kineska proizvodna industrija biti podijeljena na tri dijela: materijal, smanjenje materijala i dodavanje materijala." Posebno u oblasti vazduhoplovstva, aditivna proizvodnja ima jedinstvene prednosti kao što su smanjenje težine aviona, formiranje složenih delova i realizacija integracije komponenti, što je pokazalo veliku vrednost i široku perspektivu primene. Dijelovi domaćeg velikog putničkog aviona C919 koriste tehnologiju aditivne proizvodnje za obradu središnje linije krila; Boeing 787 Dreamliner ima 30 dijelova napravljenih tehnologijom aditivne proizvodnje; GE-ov napredni aero-motor GE9X ima više od jedne trećine komponenti. Radi se aditivnom proizvodnjom.
Kada uzmemo u obzir cijeli životni ciklus proizvoda dizajna i proizvodnje zrakoplovnih proizvoda, zračnog transporta, održavanja proizvoda i održavanja iz razvojne perspektive, karakteristike tehnologije aditivne proizvodnje određuju da ona ima značajne prednosti u odnosu na tradicionalnu proizvodnju u smislu neutralnosti ugljika.
Dizajn i proizvodnja
1. Nema potrebe za otvaranjem kalupa, brza iteracija. Najistaknutija prednost tehnologije aditivne proizvodnje je da se dijelovi bilo kojeg oblika mogu direktno generirati iz podataka kompjuterske grafike bez strojne obrade ili bilo kakvog kalupa, što će uvelike smanjiti iterativni proces, skratiti razvoj proizvoda i proizvodni ciklus i povećati energiju u razvojni proces. potrošnja je značajno smanjena. Profesor Wang Huaming sa Univerziteta Beihang jednom je rekao da Kina sada može koristiti tehnologiju aditivne proizvodnje za štampanje staklenog prozorskog okvira aviona C919 za samo 55 dana, dok je evropska kompanija za proizvodnju aviona rekla da će istu stvar proizvoditi najmanje 2 godine. Tehnologija proizvodnje materijala uvelike skraćuje proizvodni ciklus i poboljšava efikasnost.
2. Neto oblik, visoka stopa iskorištenja materijala. Ključni način na koji aditivna proizvodnja može biti ugljično neutralna je korištenje manje materijala za svaki dio, komponentu i proizvod. Aditivna proizvodnja je mrežastog oblika, koji uvelike smanjuje otpad koji nastaje u procesu rezanja, mljevenja i mljevenja tradicionalne proizvodnje, a stopa iskorištenja materijala konačnog proizvoda je znatno poboljšana. Osim toga, kroz optimizaciju topologije, formiranjem rešetkastih struktura, rešetkastih struktura itd., može se postići i svrha uštede materijala.
3. Integracija funkcionalne strukture, redukcija procesa obrade i montaže. Aditivna tehnologija ne zahtijeva tradicionalne alate i učvršćivače i višestruke postupke obrade, a može brzo i precizno proizvesti dijelove bilo kojeg složenog oblika na jednom uređaju, čime se ostvaruje integracija funkcija i struktura dijela, te uvelike smanjuju postupci obrade i montaže. proces za postizanje cilja s niskim udjelom ugljika u proizvodnom procesu.
Air freight
1. Smanjite težinu i smanjite potrošnju goriva. Za vazduhoplovnu opremu, smanjenje težine je njena večna tema, a smanjenje težine od 5 procenata može uštedeti 20 procenata potrošnje goriva. Aditivna proizvodnja može smanjiti potrošnju energije tokom transporta smanjenjem težine komponenti aviona.
2. Poboljšajte efikasnost sagorevanja motora i smanjite potrošnju goriva. Unutar motora, tehnologija aditivne proizvodnje dovršava proizvodnju komore za sagorijevanje i mnogih strukturnih elemenata, što motor čini jednostavnijim, lakšim i kompaktnijim, što mu omogućava uštedu do 15 posto goriva poboljšanjem efikasnosti goriva samo dizajnom.
3. Štampajte na zahtjev, smanjujući gubitak energije. Proizvodnja na licu mjesta i štampa na zahtjev smanjuje ukupni gubitak energije i smanjuje ugljični otisak. Ekološki troškovi kao što su montaža, transport, logistika, skladištenje itd. su praktično eliminisani, što rezultira poboljšanom upotrebom energije i resursa.
Popravak i održavanje
1. Reciklaža, zelena i niskougljična. Aditivna proizvodnja može ostvariti ponovnu upotrebu odbačenih dijelova kroz tehnologiju glodanja, te ostvariti razvoj zrakoplovne prerađivačke industrije u smjeru kružne ekonomije. Na primjer, tehnička ideja MolyWorks-a u Sjedinjenim Državama je pretvaranje metalnog štamparskog otpada u visokokvalitetan prah. Istovremeno, kompanija je predložila i model razvoja poslovanja "Mobilne livnice", odnosno da se metalni otpad na licu mesta digestira i pretvara u visokokvalitetan prah.
3. Djelomična popravka kako bi se izbjeglo raspadanje dijelova. Na osnovu proizvodnih karakteristika sloj-po-sloj aditivne proizvodnje, samo oštećeni dio se smatra posebnim supstratom, a oblik dijela može se vratiti laserskim trodimenzionalnim oblikovanjem na oštećenom dijelu, a performanse mogu zadovoljiti zahtjevima upotrebe. Ostvaruje se vrli niskougljični ciklus procesa proizvodnje dijelova, čime se štedi energija utrošena u proizvodnji novih materijala i dijelova. Na primjer, za dijelove turbinskog diska, kada je lopatica na disku oštećena, potrebno je samo koristiti tehnologiju aditivne proizvodnje za popravak oštećene lopatice kako bi se vratila funkcija diska i izbjeglo raspadanje cijelog diska turbine.
3. Poboljšajte performanse dijelova i produžite vijek trajanja. Optimizacijom strukture dijelova, naprezanje dijelova može se rasporediti na najrazumniji način, smanjujući rizik od zamornih pukotina, čime se produžava vijek trajanja i smanjuje ugljični otisak. Na primjer, stajni trap napravljen 3D tehnologijom na američkom lovcu F16 ne samo da zadovoljava standard upotrebe već ima i prosječni vijek trajanja 2,5 puta veći od originalnog.
Prijedlozi za buduće smjernice
Kako bi se dodatno poboljšala sposobnost aditivne proizvodnje da postigne neutralnost ugljika u avio industriji, predlažu se sljedeći pravci razvoja.
1. Optimizacija mikrostrukture materijala. Kroz materijalni genom se uspostavlja profesionalna baza podataka kako bi se realizovala inteligentna optimizacija odabira materijala. Uspostavljanjem unutrašnje veze između sastava, procesa, mikrostrukture i performansi, mikrostruktura koja ispunjava zahtjeve neutralnosti ugljika dizajnirana je u skladu sa svojstvima materijala.
2. Optimizacija strukturne i multidisciplinarne topologije. Uvedite dizajn volumena vođen multi-fizikom, digitalno integrirajte karakteristike više razmjera i materijale više vrsta, održavajte potrebna mehanička svojstva i postižite fuziju strukturnih funkcija kako biste smanjili potrošnju materijala i smanjili težinu komponenti.
3. Kombinacija umjetne inteligencije i tehnologije blizanaca podataka. Integrirati naprednu opremu ili tehnologije kao što su praćenje procesa, percepcija informacija, strojno učenje, umjetna inteligencija, baze podataka, itd. Integrirati industrijski internet u digitalni blizanac aditivne proizvodnje, tako da se podaci i modeli mogu dijeliti i analizirati putem platformi u oblaku, i aditivni digitalni ekosistem se može poboljšati. Aditivna proizvodnja može igrati ključnu ulogu u smanjenju ugljika u svakoj karici proizvodnje dijelova za avione.