Poté, co byly uhlíkový vrchol a uhlíková neutralita poprvé zapsány do pracovní zprávy čínské vlády v roce 2021, se uhlíková neutralita v probíhajících dvou zasedáních opět stala horkým tématem diskuse. Globální oteplování vedlo ke zvýšení klimatických rizik a dosažení uhlíkové neutrality je v dnešním světě nejnaléhavějším posláním. Soudě podle celkového množství uhlíkových emisí v celosvětovém měřítku letecký průmysl ve skutečnosti není supervelkou domácností uhlíkových emisí, ale rozhodně je to „obtížná domácnost“ při snižování uhlíkových emisí. S rostoucím počtem letadel je stále náročným úkolem neustále zkoumat a zlepšovat různé prostředky pro úsporu energie a snižování emisí, aby bylo dosaženo stanoveného cíle uhlíkové neutrality v leteckém průmyslu.
Aditivní výroba umožňuje uhlíkovou neutralitu životního cyklu v leteckém průmyslu
Akademik Lu Bingheng zdůraznil: "V budoucnu bude čínský zpracovatelský průmysl rozdělen do tří částí: materiál, redukce materiálu a přidávání materiálu." Zejména v oblasti letectví má aditivní výroba jedinečné výhody, jako je snížení hmotnosti letadel, formování složitých dílů a realizace integrace komponent, což prokázalo velkou hodnotu a široké možnosti uplatnění. Části domácího velkého osobního letadla C919 využívají technologii aditivní výroby pro zpracování středové linie křídla; Boeing 787 Dreamliner má 30 dílů vyrobených technologií aditivní výroby; Pokročilý letecký motor GE9X společnosti GE má více než jednu třetinu součástí. Je vyroben aditivní výrobou.
Když z hlediska vývoje zvážíme celý životní cyklus produktu, návrh a výrobu leteckých produktů, leteckou dopravu, údržbu produktu a údržbu, vlastnosti technologie aditivní výroby určují, že má oproti tradiční výrobě značné výhody z hlediska uhlíkové neutrality.
Design a výroba
1. Není třeba otevírat formu, rychlá iterace. Nejvýraznější výhodou technologie aditivní výroby je to, že části jakéhokoli tvaru lze přímo generovat z dat počítačové grafiky bez obrábění nebo jakékoli formy, což výrazně sníží iterační proces, zkrátí vývojový a výrobní cyklus produktu a zvýší energii v vývojový proces. spotřeba je výrazně snížena. Profesor Wang Huaming z Beihang University jednou řekl, že Čína nyní může pomocí technologie aditivní výroby vytisknout okenní rámeček kokpitu letadla C919 za pouhých 55 dní, zatímco jedna evropská společnost vyrábějící letadla uvedla, že bude vyrábět totéž po dobu nejméně 2 dnů. let. Technologie výroby materiálů výrazně zkracuje výrobní cyklus a zlepšuje efektivitu.
2. Čistý tvar, vysoká míra využití materiálu. Klíčovým způsobem, jak může být aditivní výroba uhlíkově neutrální, je použití menšího množství materiálu pro každou součást, součást a produkt. Aditivní výroba je čistý tvar, který výrazně snižuje odpad vznikající při procesu řezání, frézování a broušení tradiční výroby a výrazně se zlepšuje míra využití materiálu konečného produktu. Navíc prostřednictvím optimalizace topologie může vytváření příhradových struktur, příhradových struktur atd. také dosáhnout účelu úspory materiálů.
3. Integrace funkční struktury, redukující procesy zpracování a montáže. Aditivní technologie nevyžaduje tradiční nástroje a přípravky a vícenásobné postupy zpracování a dokáže rychle a přesně vyrobit díly jakéhokoli složitého tvaru na jednom zařízení, čímž se realizuje integrace funkcí a struktur dílů a výrazně se omezí postupy zpracování a montáže. proces k dosažení nízkouhlíkového cíle výrobního procesu.
Air nákladní
1. Snižte hmotnost a snižte spotřebu paliva. U letecké techniky je snižování hmotnosti věčným tématem a 5procentní snížení hmotnosti může ušetřit 20 procent spotřeby paliva. Aditivní výroba může snížit spotřebu energie během přepravy snížením hmotnosti součástí letadel.
2. Zlepšení účinnosti spalování motoru a snížení spotřeby paliva. Uvnitř motoru aditivní výrobní technologie dokončuje výrobu spalovací komory a mnoha konstrukčních prvků, díky čemuž je motor jednodušší, lehčí a kompaktnější, což mu umožňuje ušetřit až 15 procent paliva zlepšením palivové účinnosti samotným designem.
3. Tiskněte na vyžádání a omezte plýtvání energií. Výroba na místě a tisk na vyžádání snižuje celkové plýtvání energií a snižuje uhlíkovou stopu. Ekologické náklady, jako je montáž, doprava, logistika, skladování atd., jsou prakticky eliminovány, což vede ke zlepšení spotřeby energie a zdrojů.
Oprava a údržba
1. Recyklace, zelená a nízkouhlíková. Aditivní výroba může realizovat opětovné použití vyřazených dílů prostřednictvím technologie frézování a realizovat rozvoj leteckého zpracovatelského průmyslu ve směru oběhového hospodářství. Technickou myšlenkou společnosti MolyWorks ve Spojených státech je například přeměna kovového tiskového odpadu na vysoce kvalitní prášek. Společnost zároveň navrhla model rozvoje podnikání „Mobilní slévárna“, to znamená, že kovový odpad je přímo na místě digerován a přeměněn na vysoce kvalitní prášek.
3. Částečná oprava, aby se zabránilo sešrotování dílů. Na základě výrobních charakteristik aditivní výroby vrstva po vrstvě je pouze poškozená část považována za speciální substrát a tvar součásti lze obnovit pomocí laserového trojrozměrného tváření na poškozené části a výkon může splňovat požadavky na použití. Je realizován účinný nízkouhlíkový cyklus procesu výroby dílů, čímž se šetří energie spotřebovaná při výrobě nových materiálů a dílů. Například u dílů turbínového disku je při poškození lopatky na disku nutné pouze použít technologii aditivní výroby k opravě poškozené lopatky, aby se obnovila funkce disku a zabránilo se sešrotování celého turbínového disku.
3. Zlepšete výkon dílů a prodlužte životnost. Optimalizací struktury dílů lze nejrozumnějším způsobem rozložit napětí dílů, snížit riziko únavových trhlin, a tím zvýšit životnost a snížit uhlíkovou stopu. Například podvozek vyrobený 3D technologií na americké stíhačce F16 nejen splňuje standard použití, ale má také průměrnou životnost 2,5krát delší než originál.
Návrhy pro budoucí směr
Za účelem dalšího zlepšení schopnosti aditivní výroby dosáhnout uhlíkové neutrality v leteckém průmyslu jsou navrženy následující vývojové směry.
1. Optimalizace mikrostruktury materiálu. Prostřednictvím materiálového genomu je vytvořena profesionální databáze, která umožňuje inteligentní optimalizaci výběru materiálu. Stanovením vnitřního vztahu mezi složením, procesem, mikrostrukturou a výkonem je navržena mikrostruktura, která splňuje požadavky na uhlíkovou neutralitu, podle vlastností materiálu.
2. Optimalizace strukturní a multidisciplinární topologie. Zaveďte multifyzikálně řízený objemový design, digitálně integrujte vícerozměrové prvky a vícedruhové materiály, zachovávejte nezbytné mechanické vlastnosti a dosáhněte fúze strukturních funkcí, abyste snížili spotřebu materiálu a snížili hmotnost součástí.
3. Kombinace umělé inteligence a technologie datového dvojčete. Integrujte pokročilé vybavení nebo technologie, jako je monitorování procesů, vnímání informací, strojové učení, umělá inteligence, databáze atd. Integrujte průmyslový internet do digitálního dvojčete aditivní výroby, aby bylo možné sdílet a analyzovat data a modely prostřednictvím cloudových platforem. aditivní digitální ekosystém lze zlepšit. Aditivní výroba může hrát klíčovou roli při snižování uhlíku v každém článku výroby leteckých dílů.