ปัจจัยสำคัญประการหนึ่งที่อยู่เบื้องหลังการใช้โลหะผสมไททาเนียมที่เพิ่มขึ้นคือการใช้คอมโพสิตคาร์บอนไฟเบอร์ในการผลิตการบินและอวกาศอย่างกว้างขวาง โลหะผสมไทเทเนียมและคอมโพสิตคาร์บอนไฟเบอร์มีความเข้ากันได้ดีเยี่ยม โดยไม่เพียงแต่มีความแข็งแรงและทนต่อการกัดกร่อนสูงเท่านั้น แต่ยังช่วยลดน้ำหนักได้อย่างมีประสิทธิภาพอีกด้วย ทำให้เหมาะเป็นพิเศษสำหรับ-พื้นที่ที่มีความเครียดสูงและส่วนประกอบสำคัญเมื่อสัมผัสกับวัสดุคอมโพสิต อย่างไรก็ตาม การใช้โลหะผสมไททาเนียมที่เพิ่มขึ้นนี้ทำให้เกิดความท้าทายสองประการสำหรับผู้ผลิตการบินและอวกาศ ประการแรก โลหะผสมไททาเนียมเป็นโลหะที่มีมูลค่าสูง- และกระบวนการตีขึ้นรูปแบบดั้งเดิมส่งผลให้มีการใช้วัสดุที่ต่ำมาก โดยวัตถุดิบมากถึง 80% ถึง 95% ที่อาจสูญเปล่าระหว่างการตัดเฉือน ถือเป็นความท้าทายต่อการแสวงหาการผลิตแบบลีนและการพัฒนาที่ยั่งยืนของอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ ประการที่สอง การเพิ่มประสิทธิภาพประสิทธิภาพของเครื่องบินอย่างต่อเนื่องต้องอาศัยการออกแบบโครงสร้างที่มีประสิทธิภาพและน้ำหนักเบามากขึ้น ในขณะที่กระบวนการผลิตแบบเดิมมักเผชิญกับข้อจำกัด เช่น ต้นทุนสูง เวลาในการผลิตที่ยาวนาน หรือเป็นไปไม่ได้ทางเทคนิคเมื่อบรรลุถึงโครงสร้างบูรณาการที่ซับซ้อน มีวิธีการผลิตที่สามารถจัดการปัญหาขยะวัสดุเร่งด่วนและปลดล็อกศักยภาพในอนาคตของการออกแบบโครงสร้างที่ซับซ้อนได้หรือไม่? Airbus ซึ่งเป็นผู้ผลิตด้านการบินและอวกาศได้ตอบคำถามเหล่านี้ด้วยเทคโนโลยีการผลิตแบบเพิ่มเนื้อด้วยลวด-โดยตรง (w-DED) ซึ่งบริษัทได้ปฏิบัติมาหลายปี
w-DED ทำงานอย่างไร
แอร์บัสอธิบายว่าเทคโนโลยีนี้ใช้แขนหุ่นยนต์หลาย-แกนพร้อมกับรอกลวดโลหะผสมไทเทเนียม ซึ่งเคลื่อนที่ได้อย่างแม่นยำตามแบบจำลองดิจิทัล ด้วยการมุ่งเน้นพลังงาน เช่น ลำแสงเลเซอร์ พลาสมา หรืออิเล็กตรอน ลงบนเส้นลวด เส้นลวดจะถูกหลอมละลายทันทีและสะสมไว้ทีละชั้นบนพื้นผิว โดยเผินๆ กระบวนการนี้คล้ายกับการเชื่อม แต่จริงๆ แล้วมันถูกควบคุมทั้งหมดโดยโมเดลสามมิติ- ซึ่งสามารถ "พิมพ์" วัสดุจากล่างขึ้นบนไปสู่-ที่เรียกว่า "ชิ้นส่วนเปล่า" ชิ้นส่วนเปล่านี้อยู่ใกล้กับรูปร่างสุดท้ายที่ต้องการอยู่แล้ว ทำให้ได้สถานะ "ใกล้-รูปร่างสุทธิ-" และมีเพียงการตกแต่งอย่างรวดเร็วเท่านั้นเพื่อให้ตรงตามข้อกำหนดด้านมิติที่แม่นยำของชิ้นส่วน
ปลดล็อกศักยภาพของส่วนประกอบโครงสร้างโลหะผสมไทเทเนียมสำหรับเครื่องบินขนาดใหญ่
ปลดล็อกศักยภาพของส่วนประกอบโครงสร้างโลหะผสมไทเทเนียมสำหรับเครื่องบินขนาดใหญ่
ในขณะที่เทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติด้วยโลหะถูกนำมาใช้ในวงการการบินและอวกาศมาประมาณหนึ่งทศวรรษ แต่ก่อนหน้านี้เทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิตินั้นจำกัดอยู่เพียงชิ้นส่วนขนาดเล็กเป็นหลัก โดยทั่วไปแล้วระบบการพิมพ์ 3 มิติ "เตียงผง" จะใช้ในการผลิตชิ้นส่วนที่มีขนาดสั้นกว่า 60 เซนติเมตร (ประมาณ 2 ฟุต) ในทางตรงกันข้าม เทคโนโลยี w-DED ช่วยให้ Airbus สามารถเอาชนะข้อจำกัดด้านขนาด โดยผลิตส่วนประกอบโครงสร้างโลหะผสมไทเทเนียมขนาดใหญ่ที่มีความยาวสูงสุดเจ็ดเมตร (มากกว่า 23 ฟุต) กระบวนการใหม่นี้รับประกันความเร็วในการผลิตวัสดุหลายกิโลกรัมต่อชั่วโมง ซึ่งทำให้เทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติ-ในระดับอุตสาหกรรมและขนาดใหญ่-เป็นไปได้สำหรับส่วนประกอบโครงสร้างเครื่องบินเชิงพาณิชย์ขนาดใหญ่
ช่วยลดของเสียจากวัตถุดิบไทเทเนียม
ในการแสวงหาการผลิตที่ยั่งยืนและพึ่งพาอาศัยกันในปัจจุบัน กระบวนการตีขึ้นรูปแบบดั้งเดิมต้องดิ้นรนเพื่อให้เป็นไปตามการควบคุมต้นทุนที่เข้มงวดและข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพทรัพยากรของผู้ผลิตด้านการบินและอวกาศ เหตุผลสำคัญประการหนึ่งที่แอร์บัสแนะนำการผลิตแบบเติมเนื้อวัสดุ DED คือการหลีกเลี่ยงการสิ้นเปลืองวัสดุระหว่างการแปรรูปตั้งแต่เริ่มแรก เนื่องจากในการผลิตแบบเติมเนื้อของ DED ชิ้นส่วนจะถูกขยายทีละชั้น-ต่อ-ชั้นในลักษณะที่มีรูปร่างใกล้เคียง-สุทธิ- ซึ่งคล้ายคลึงกับรูปร่างการออกแบบขั้นสุดท้ายอย่างใกล้ชิด โดยต้องใช้การตัดเฉือนครั้งต่อไปเพียงเล็กน้อยเท่านั้น
เพิ่มความคล่องตัวในการพัฒนาเครื่องบิน
กระบวนการตีขึ้นรูปแบบดั้งเดิมจำเป็นต้องมีการผลิตแม่พิมพ์ขนาดใหญ่และซับซ้อน กระบวนการที่อาจใช้เวลานานถึงสองปีและต้องมีการลงทุนล่วงหน้าจำนวนมาก ในทางตรงกันข้าม รูปร่างของชิ้นส่วนที่พิมพ์ 3 มิติ-นั้นถูกกำหนดโดยโปรแกรมคอมพิวเตอร์ทั้งหมด ซึ่งช่วยลดรอบการจัดส่งเหลือเพียงไม่กี่สัปดาห์ ความคล่องตัวที่นำเสนอโดย w-DED มีประโยชน์อย่างยิ่งสำหรับการผลิตต้นแบบแรกได้อย่างราบรื่นและทันท่วงที-แม้ในขณะที่การออกแบบที่มีรายละเอียดยังคงได้รับการปรับแต่งและเพิ่มประสิทธิภาพอย่างละเอียด{6}} เทคโนโลยีนี้สนับสนุนการทำซ้ำส่วนประกอบทางกายภาพอย่างรวดเร็วจนกว่าเครื่องบินทั้งลำจะเข้าสู่การประกอบขั้นสุดท้าย
การตรวจสอบครั้งแรกในการผลิต A350
เมื่อเร็วๆ นี้ Airbus ได้เริ่มบูรณาการการผลิตจำนวนมากสำหรับส่วนประกอบขนาดใหญ่ที่ผลิตโดยใช้-เทคโนโลยี DED ในโครงสร้างขอบประตูห้องเก็บสัมภาระของเครื่องบิน A350 ในขั้นตอนการสำรวจนี้ ชิ้นส่วนเฉพาะเหล่านี้ซึ่งออกแบบโดย Airbus ได้รับการพิมพ์โดยใช้พลาสมาที่มี-เทคโนโลยี DED โดยซัพพลายเออร์ที่ผ่านการรับรอง จากนั้นทดสอบด้วยคลื่นเสียงความถี่สูงโดย Testia Bremen และสุดท้ายก็เสร็จสิ้นและประกอบในโรงงานของ Airbus เอง ชิ้นส่วนเหล่านี้มีฟังก์ชันและรูปทรงเหมือนกับชิ้นส่วนปลอมแปลงแบบดั้งเดิมที่เปลี่ยน แต่ช่วยประหยัดต้นทุนได้มาก เมื่อมองไปข้างหน้า แอร์บัสวางแผนที่จะใช้ส่วนประกอบ w-DED ของเครื่องบิน A350 เป็นจุดเริ่มต้นในการค่อยๆ ขยายเทคโนโลยีนี้ไปยังโครงการอื่นๆ และชิ้นส่วนที่สำคัญกว่าของเครื่องบิน (ในระยะยาว รวมถึงปีกและล้อลงจอด)
ออกแบบมาสำหรับ DED
ที่สำคัญกว่านั้นคือเทคโนโลยีนี้ได้ก่อให้เกิดแนวคิดใหม่ "ออกแบบมาสำหรับ DED" วิศวกรไม่จำเป็นต้องแยกส่วนประกอบที่ซับซ้อนออกเป็นส่วนๆ แยกกันเพื่อการผลิตและการประกอบแยกกันอีกต่อไป แต่สามารถออกแบบให้เป็นส่วนประกอบเดียวที่มีการปรับโครงสร้างให้เหมาะสมที่สุด และพิมพ์ออกมาได้ในคราวเดียว ความสามารถในการรวมชิ้นส่วนหลายชิ้นให้เป็นส่วนประกอบเดียวจะช่วยลดความซับซ้อนของห่วงโซ่อุปทาน ลดขั้นตอนการประกอบ และลดรอบการผลิตลงได้อย่างมีประสิทธิผล ซึ่งจะทำให้ตระหนักถึงศักยภาพของเครื่องบินรุ่นต่อไป-โดยอิงตามแนวคิดการออกแบบ 3 มิติ
ส่งเสริมการประยุกต์ใช้การผลิตส่วนประกอบหลัก
ปัจจุบัน Airbus และพันธมิตรกำลังก้าวหน้าอย่างมากในการสั่งสมประสบการณ์ในการผลิตส่วนประกอบหลักโดยใช้เทคโนโลยี w-DED (wafer-to-find) และประสบความสำเร็จในความก้าวหน้าที่น่าให้กำลังใจ วิศวกรกำลังทดสอบแหล่งพลังงานต่างๆ รวมถึงพลาสมา การเชื่อมอาร์ก ลำแสงอิเล็กตรอน และลำแสงเลเซอร์ และประเมินทั้งกลยุทธ์ "การจ้างบุคคลภายนอก" (การจ้างพิมพ์งานกับผู้ผลิตภายนอก) และ "การผลิตในองค์กร" (การผลิตภายใน) ไปพร้อมๆ กัน นอกจากนี้ เทคโนโลยีนี้จะได้รับมาตรฐานในระดับกลุ่มแอร์บัส เพื่อให้มั่นใจถึงการใช้งานและการส่งเสริมการขายทั่วทั้งบริษัท
การพัฒนาลอจิกความสมควรเดินอากาศอย่างเป็นระบบ
การรับรองความสมควรเดินอากาศที่ใช้เวลาและท้าทายมากที่สุด-คือการยอมรับด้านความปลอดภัย ซึ่งก็คือวิธีการพิสูจน์ว่าวัสดุนั้นปลอดภัย อุตสาหกรรมการผลิตการบินพลเรือนระหว่างประเทศได้สั่งสมประสบการณ์มายาวนานหลายปี เมื่อเรากล่าวถึงการรับรองความสมควรเดินอากาศ จริงๆ แล้วเรากำลังหมายถึงการรับรองชิ้นส่วนของเครื่องบินซึ่งเกี่ยวข้องกับสามด้าน: วัสดุ กระบวนการ และการออกแบบ การผลิตแบบเติมเนื้อ-เทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติ-เกี่ยวข้องกับองค์ประกอบทั้งสามอย่าง ประการแรก การผลิตแบบเติมเนื้อเป็นกระบวนการผลิต ในขณะเดียวกัน การเพิ่มมูลค่าของเทคโนโลยีนี้ให้สูงสุดจำเป็นต้องมีการออกแบบสำหรับการผลิตแบบเติมเนื้อ การใช้วัสดุใหม่ในการผลิตชิ้นส่วนแบบเติมเนื้อจะเพิ่มองค์ประกอบอื่นที่ต้องมีการตรวจสอบความปลอดภัย ดังนั้นแนวทางที่ปลอดภัยที่สุดคือการแก้ปัญหานี้ทีละขั้นตอนเพื่อลดความเสี่ยงให้เหลือน้อยที่สุด แนวทางของแอร์บัสในการผลิตสารเติมแต่ง DED โลหะผสมไทเทเนียมสะท้อนให้เห็นถึงตรรกะความสมควรเดินอากาศ "สาม-ขั้นตอน" ที่กล่าวถึงในการสัมภาษณ์ข้างต้น ประการแรก เริ่มจากโครงสร้างรับน้ำหนักสำรอง-เช่นประตูบรรทุกสินค้า A350 ความน่าเชื่อถือของกระบวนการ w-DED นั้นได้รับการตรวจสอบยืนยันแล้ว ในขณะที่ยังคงรักษาวัสดุและการออกแบบไว้ไม่เปลี่ยนแปลง จากนั้นจึงค่อยๆ ขยายไปสู่โครงสร้างรับน้ำหนักหลัก- โดยส่งเสริมการปรับให้เหมาะสม "ออกแบบมาสำหรับ DED" ในปัจจุบัน จุดมุ่งเน้นอยู่ที่การปลดล็อกศักยภาพของวัสดุแบบดั้งเดิมด้วยกระบวนการใหม่ แทนที่จะท้าทายเส้นทางใหม่ทั้งหมดในวัสดุ กระบวนการ และการออกแบบไปพร้อมๆ กัน วิธีการควบคุมความเสี่ยง-แบบเป็นขั้นตอนนี้ไม่เพียงสะท้อนถึงจังหวะที่จำเป็นในอุตสาหกรรม แต่ยังเผยให้เห็นแก่นแท้ของการผลิตแบบเติมเนื้อวัสดุด้านการบินและอวกาศ-ไม่ใช่แค่นวัตกรรมทางเทคโนโลยีเท่านั้น แต่ยังเป็นโครงการที่เป็นระบบของ "การสร้างความไว้วางใจ" วิธีเปลี่ยนนวัตกรรมทางเทคโนโลยีให้เป็นมูลค่าที่เชื่อถือได้ซึ่งสามารถได้รับการรับรองและผลิตได้จำนวนมากภายในกรอบความสมควรเดินอากาศ และเวลาพื้นฐาน การแบ่งชั้นความเสี่ยง และตรรกะในการตรวจสอบ อาจคุ้มค่ากับการพิจารณาอย่างลึกซึ้งของอุตสาหกรรมมากกว่ารายละเอียดทางเทคนิคเฉพาะ