Nakon što su vrhunac ugljika i ugljična neutralnost prvi put napisani u izvješću o radu kineske vlade 2021., ugljična neutralnost na dvije sjednice koje su u tijeku ponovno je postala vruća tema rasprave. Globalno zatopljenje dovelo je do povećanja klimatskih rizika, a postizanje ugljične neutralnosti najhitnija je misija u današnjem svijetu. Sudeći prema ukupnoj količini emisija ugljika na globalnoj razini, zrakoplovna industrija zapravo nije superveliko kućanstvo emisija ugljika, ali je definitivno "teško kućanstvo" u smanjenju emisije ugljika. Uz povećanje broja zrakoplova, još uvijek je izazovan zadatak kontinuirano istraživati i poboljšavati različite načine uštede energije i smanjenja emisija kako bi se postigao utvrđeni cilj neutralnosti ugljika u zrakoplovnoj industriji.
Aditivna proizvodnja omogućuje ugljičnu neutralnost u životnom ciklusu u zrakoplovnoj industriji
Akademik Lu Bingheng istaknuo je: "U budućnosti će kineska proizvodna industrija biti podijeljena u tri dijela: materijal, smanjenje materijala i dodatak materijala." Posebno u području zrakoplovstva, aditivna proizvodnja ima jedinstvene prednosti poput smanjenja težine zrakoplova, oblikovanja složenih dijelova i ostvarivanja integracije komponenti, što je pokazalo veliku vrijednost i široke izglede za primjenu. Dijelovi domaćeg velikog putničkog aviona C919 koriste tehnologiju aditivne proizvodnje za obradu središnje linije krila; Boeing 787 Dreamliner ima 30 dijelova izrađenih aditivnom tehnologijom proizvodnje; GE-ov napredni zrakoplovni motor GE9X ima više od jedne trećine komponenti. Izvodi se aditivnom proizvodnjom.
Kada uzmemo u obzir cijeli životni ciklus proizvoda dizajna i proizvodnje zrakoplovnih proizvoda, zračnog prijevoza, 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, brzo ponavljanje. Najistaknutija prednost tehnologije aditivne proizvodnje je ta da se dijelovi bilo kojeg oblika mogu izravno generirati iz računalnih grafičkih podataka bez strojne obrade ili bilo kakvog kalupa, što će uvelike smanjiti iterativni proces, skratiti razvoj proizvoda i ciklus proizvodnje te povećati energiju u razvojni proces. potrošnja je značajno smanjena. Profesor Wang Huaming sa Sveučilišta Beihang jednom je rekao da Kina sada može koristiti tehnologiju aditivne proizvodnje za ispis staklenog okvira kokpita zrakoplova C919 u samo 55 dana, dok je europska tvrtka za proizvodnju zrakoplova rekla da će proizvoditi istu stvar za najmanje 2 godine. Tehnologija proizvodnje materijala uvelike skraćuje proizvodni ciklus i poboljšava učinkovitost.
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 neto oblik, koji uvelike smanjuje otpad koji nastaje u procesu rezanja, mljevenja i mljevenja tradicionalne proizvodnje, a stopa iskorištenja materijala konačnog proizvoda je uvelike poboljšana. Osim toga, kroz optimizaciju topologije, formiranje rešetkastih struktura, rešetkastih struktura itd., također može postići svrhu uštede materijala.
3. Integracija funkcionalne strukture, smanjenje postupaka obrade i montaže. Aditivna tehnologija ne zahtijeva tradicionalne alate i učvršćenja i višestruke postupke obrade, te može brzo i precizno proizvesti dijelove bilo kojeg složenog oblika na jednom uređaju, čime se ostvaruje integracija funkcija i struktura dijelova i uvelike se smanjuju postupci obrade i sastavljanja. proces za postizanje niskougljičnog cilja proizvodnog procesa.
Air teret
1. Smanjite težinu i potrošnju goriva. Za zrakoplovnu opremu, smanjenje težine je vječna tema, a smanjenje težine od 5 posto može uštedjeti 20 posto potrošnje goriva. Aditivna proizvodnja može smanjiti potrošnju energije tijekom transporta smanjenjem težine komponenti zrakoplova.
2. Poboljšajte učinkovitost izgaranja motora i smanjite potrošnju goriva. Unutar motora, tehnologija proizvodnje aditiva dovršava izradu komore za izgaranje i mnogih strukturnih elemenata, što motor čini jednostavnijim, lakšim i kompaktnijim, što mu omogućuje uštedu do 15 posto goriva samom konstrukcijom poboljšavajući učinkovitost goriva.
3. Ispis na zahtjev, smanjujući gubitak energije. Proizvodnja na licu mjesta i proizvodnja na zahtjev smanjuje ukupni gubitak energije i ugljični otisak. Troškovi zaštite okoliša kao što su montaža, transport, logistika, skladištenje itd. gotovo su eliminirani, što rezultira poboljšanom potrošnjom energije i resursa.
Popravak i održavanje
1. Recikliranje, zeleno i niskougljično. Aditivna proizvodnja može realizirati ponovnu upotrebu odbačenih dijelova kroz tehnologiju mljevenja, te ostvariti razvoj industrije zrakoplovne proizvodnje u smjeru kružnog gospodarstva. Na primjer, tehnička ideja MolyWorksa u Sjedinjenim Državama je pretvoriti metalni otpad tiskanja u visokokvalitetni prah. Istovremeno, tvrtka je predložila model razvoja poslovanja "Mobilna ljevaonica", odnosno da se metalni otpad na licu mjesta vari i pretvara u visokokvalitetni prah.
3. Djelomični popravak kako bi se izbjeglo raspadanje dijelova. Na temelju proizvodnih karakteristika sloj-po-sloj aditivne proizvodnje, samo se oštećeni dio smatra posebnim supstratom, a oblik dijela može se obnoviti laserskim trodimenzionalnim oblikovanjem na oštećenom dijelu, a performanse mogu zadovoljiti zahtjeve upotrebe. Ostvaren je učinkovit ciklus s niskim udjelom ugljika u procesu proizvodnje dijelova, čime se štedi energija potrošena u proizvodnji novih materijala i dijelova. Na primjer, za dijelove diska turbine, 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 otkazivanje cijelog diska turbine.
3. Poboljšajte performanse dijelova i produžite vijek trajanja. Optimiziranjem strukture dijelova, naprezanje dijelova može se rasporediti na najrazumniji način, smanjujući rizik od pukotina uslijed zamora, čime se povećava životni vijek i smanjuje ugljični otisak. Primjerice, stajni trap izrađen 3D tehnologijom na američkom borbenom zrakoplovu F16 ne samo da zadovoljava standarde korištenja nego ima i prosječni životni vijek 2,5 puta veći od originala.
Prijedlozi za buduće smjerove
Kako bi se dodatno poboljšala sposobnost aditivne proizvodnje za postizanje ugljične neutralnosti u zrakoplovnoj industriji, predlažu se sljedeći pravci razvoja.
1. Optimizacija mikrostrukture materijala. Profesionalna baza podataka uspostavljena je putem genoma materijala kako bi se ostvarila inteligentna optimizacija odabira materijala. Uspostavljanjem intrinzičnog odnosa između sastava, procesa, mikrostrukture i performansi, mikrostruktura koja ispunjava zahtjeve neutralnosti ugljika dizajnirana je u skladu sa svojstvima materijala.
2. Strukturna i multidisciplinarna optimizacija topologije. Uvedite dizajn volumena vođen višestrukim fizikama, digitalno integrirajte značajke višestrukih razmjera i materijale višestrukih vrsta, održavajte potrebna mehanička svojstva i postignite fuziju strukturnih funkcija kako biste smanjili potrošnju materijala i smanjili težinu komponenti.
3. Kombinacija umjetne inteligencije i tehnologije podatkovnih blizanaca. Integrirajte naprednu opremu ili tehnologije kao što su praćenje procesa, percepcija informacija, strojno učenje, umjetna inteligencija, baze podataka itd. Integrirajte industrijski internet u digitalnog blizanca aditivne proizvodnje, tako da se podaci i modeli mogu dijeliti i analizirati putem platformi u oblaku, a dodatni digitalni ekosustav može se poboljšati. Aditivna proizvodnja može igrati ključnu ulogu u smanjenju ugljika u svakoj karici proizvodnje dijelova zrakoplova.