Després que el pic de carboni i la neutralitat de carboni es van escriure per primera vegada a l'informe de treball del govern xinès el 2021, la neutralitat de carboni a les dues sessions en curs s'ha convertit una vegada més en un tema candent de discussió. L'escalfament global ha provocat un augment dels riscos climàtics, i assolir la neutralitat de carboni és la missió més urgent del món actual. A jutjar per la quantitat total d'emissions de carboni a escala global, la indústria de l'aviació en realitat no és una llar molt gran d'emissions de carboni, però definitivament és una "llar difícil" en la reducció d'emissions de carboni. Amb l'augment del nombre d'avions, encara és una tasca difícil explorar i millorar contínuament diversos mitjans d'estalvi d'energia i reducció d'emissions per assolir l'objectiu establert de neutralitat de carboni a la indústria aeroespacial.
La fabricació additiva permet la neutralitat de carboni del cicle de vida a la indústria de l'aviació
L'acadèmic Lu Bingheng va assenyalar: "En el futur, la indústria manufacturera de la Xina es dividirà en tres parts: material, reducció de material i addició de material". Especialment en l'àmbit de l'aviació, la fabricació additiva té avantatges únics, com ara reduir el pes de les aeronaus, formar peces complexes i realitzar la integració de components, que ha mostrat un gran valor i àmplies perspectives d'aplicació. Les parts del gran avió de passatgers domèstic C919 utilitzen tecnologia de fabricació additiva per processar la línia de l'ala central; el Boeing 787 Dreamliner té 30 peces fetes amb tecnologia de fabricació additiva; El motor aerodinàmic avançat GE9X de GE té més d'un terç dels components que es fa mitjançant la fabricació additiva.
Quan considerem tot el cicle de vida del producte del disseny i la fabricació de productes aeroespacials, el transport aeri, el manteniment i el manteniment del producte des d'una perspectiva de desenvolupament, les característiques de la tecnologia de fabricació additiva determinen que té avantatges considerables respecte a la fabricació tradicional en termes de neutralitat de carboni.
Disseny i fabricació
1. No cal obrir motlle, iteració ràpida. L'avantatge més destacat de la tecnologia de fabricació additiva és que les peces de qualsevol forma es poden generar directament a partir de dades de gràfics per ordinador sense mecanitzar ni cap motlle, cosa que reduirà considerablement el procés iteratiu, escurçarà el desenvolupament del producte i el cicle de fabricació i augmentarà l'energia en el procés de desenvolupament. el consum es redueix significativament. El professor Wang Huaming de la Universitat de Beihang va dir una vegada que la Xina ara pot utilitzar la tecnologia de fabricació additiva per imprimir el marc de la finestra de vidre de la cabina de l'avió C919 en només 55 dies, mentre que una empresa europea de fabricació d'avions va dir que produirà el mateix durant almenys 2 dies. anys. La tecnologia de fabricació de materials escurça molt el cicle de producció i millora l'eficiència.
2. Forma neta, alta taxa d'utilització del material. Una manera clau en què la fabricació additiva pot ser neutra en carboni és utilitzar menys material per a cada peça, component i producte. La fabricació additiva és una forma neta, que redueix en gran mesura els residus generats en el procés de tall, fresat i mòlta de la fabricació tradicional, i la taxa d'utilització del material del producte final es millora molt. A més, mitjançant l'optimització de la topologia, la formació d'estructures de gelosia, estructures de gelosia, etc., també pot aconseguir el propòsit d'estalviar materials.
3. Integració de l'estructura funcional, reduint els procediments de processament i muntatge. La tecnologia additiva no requereix eines i accessoris tradicionals i procediments de processament múltiples, i pot fabricar peces de qualsevol forma complexa de manera ràpida i precisa en un dispositiu, aconseguint així la integració de les funcions i estructures de les peces i reduint en gran mesura els procediments de processament i el muntatge. el procés per aconseguir l'objectiu de baix carboni del procés de fabricació.
Ael transport de mercaderies
1. Redueix el pes i redueix el consum de combustible. Per als equips d'aviació, la reducció de pes és el seu tema etern, i una reducció de pes del 5% pot estalviar un 20% del consum de combustible. La fabricació additiva pot reduir el consum d'energia durant el transport reduint el pes dels components de l'aeronau.
2. Millorar l'eficiència de la combustió del motor i reduir el consum de combustible. Dins del motor, la tecnologia de fabricació additiva completa la fabricació de la cambra de combustió i molts elements estructurals, cosa que fa que el motor sigui més senzill, lleuger i compacte, cosa que li permet estalviar fins a un 15 per cent de combustible millorant l'eficiència del combustible només pel disseny.
3. Impressió sota demanda, reduint el malbaratament energètic. La fabricació in situ i la impressió sota demanda redueix el malbaratament energètic global i redueix la petjada de carboni. Els costos ambientals com ara el muntatge, el transport, la logística, l'emmagatzematge, etc. s'eliminen pràcticament, la qual cosa es tradueix en un millor ús d'energia i recursos.
Reparació i manteniment
1. Reciclatge, verd i baix en carboni. La fabricació additiva pot realitzar la reutilització de peces descartades mitjançant la tecnologia de fresat i realitzar el desenvolupament de la indústria de la fabricació d'aviació en la direcció d'una economia circular. Per exemple, la idea tècnica de MolyWorks als Estats Units és convertir els residus d'impressió metàl·lica en pols d'alta qualitat. Al mateix temps, l'empresa ha proposat el model de desenvolupament empresarial "Mobile Foundry", és a dir, els residus metàl·lics es digereixen i es converteixen en pols d'alta qualitat al moment.
3. Reparació parcial per evitar el desballestament de peces. A partir de les característiques de fabricació capa per capa de la fabricació additiva, només la part danyada es considera un substrat especial, i la forma de la peça es pot restaurar mitjançant la formació tridimensional làser a la part danyada, i el rendiment es pot complir. els requisits d'ús. Es realitza un cicle virtuós baix en carboni del procés de fabricació de peces, estalviant l'energia consumida en la producció de nous materials i peces. Per exemple, per a les peces del disc de la turbina, quan una pala del disc està danyada, només cal utilitzar la tecnologia de fabricació additiva per reparar la paleta danyada per restaurar la funció del disc i evitar el desballestament de tot el disc de la turbina.
3. Millorar el rendiment de les peces i augmentar la vida útil. Mitjançant l'optimització de l'estructura de les peces, la tensió de les peces es pot distribuir de la manera més raonable, reduint el risc d'esquerdes per fatiga, augmentant així la vida útil i reduint la petjada de carboni. Per exemple, el tren d'aterratge fet amb tecnologia 3D al caça americà F16 no només compleix l'estàndard d'ús, sinó que també té una vida útil mitjana de 2,5 vegades la de l'original.
Suggeriments per a direccions futures
Per tal de millorar encara més la capacitat de la fabricació additiva per aconseguir la neutralitat de carboni a la indústria de l'aviació, es proposen les següents direccions de desenvolupament.
1. Optimització de la microestructura dels materials. S'estableix una base de dades professional a través del genoma del material per realitzar una optimització intel·ligent de la selecció de material. En establir la relació intrínseca entre composició, procés, microestructura i rendiment, la microestructura que compleix els requisits de neutralitat de carboni es dissenya d'acord amb les propietats del material.
2. Optimització de la topologia estructural i multidisciplinària. Introduïu un disseny de volum basat en múltiples física, integreu digitalment característiques multiescala i materials multitipus, mantingueu les propietats mecàniques necessàries i aconseguiu la fusió de funcions estructurals per reduir el consum de material i reduir el pes dels components.
3. La combinació d'intel·ligència artificial i tecnologia de dades bessones. Integrar equips o tecnologies avançades com el monitoratge de processos, la percepció de la informació, l'aprenentatge automàtic, la intel·ligència artificial, les bases de dades, etc. Integrar la Internet industrial en un bessó digital de fabricació additiva, de manera que les dades i els models es puguin compartir i analitzar a través de plataformes en núvol, i el Es pot millorar l'ecosistema digital additiu. La fabricació additiva pot tenir un paper clau en la reducció de carboni en tots els enllaços de la fabricació de peces d'avions.