Pärast seda, kui süsinikdioksiidi maksimumväärtus ja süsinikuneutraalsus kirjutati esmakordselt Hiina valitsuse tööaruandesse 2021. aastal, on süsinikuneutraalsus kahel käimasoleval istungil taas muutunud kuumaks aruteluteemaks. Globaalne soojenemine on toonud kaasa kasvavaid kliimariske ja süsinikuneutraalsuse saavutamine on tänapäeva maailmas kõige pakilisem missioon. Maailma mastaabis süsinikdioksiidi heitkoguste koguhulga järgi otsustades ei ole lennutööstus tegelikult ülisuur süsinikuheite majapidamine, kuid süsinikuheite vähendamisel on see kindlasti "raske majapidamine". Lennukite arvu kasvuga on endiselt keeruline ülesanne pidevalt uurida ja täiustada erinevaid energiasäästu ja heitkoguste vähendamise vahendeid, et saavutada lennunduses kosmosetööstuses püstitatud süsinikuneutraalsuse eesmärk.
Lisandite tootmine võimaldab lennutööstuses elutsükli süsinikuneutraalsust
Akadeemik Lu Bingheng märkis: "Tulevikus jagatakse Hiina töötlev tööstus kolmeks osaks: materjal, materjali vähendamine ja materjali lisamine." Eelkõige lennunduses on lisaainete tootmisel ainulaadsed eelised, nagu lennukite kaalu vähendamine, keerukate osade moodustamine ja komponentide integreerimine, mis on näidanud suurt väärtust ja laialdasi rakendusvõimalusi. Kodumaise suure reisilennuki C919 osad kasutavad tiiva keskjoone töötlemiseks lisatootmistehnoloogiat; Boeing 787 Dreamlineril on 30 osa, mis on valmistatud lisatootmistehnoloogia abil; GE täiustatud lennukimootoril GE9X on enam kui üks kolmandik komponentidest. Seda tehakse lisatootmise teel.
Kui vaadelda kogu toote elutsüklit kosmosetööstuse toodete projekteerimisel ja valmistamisel, õhutranspordil, tootehooldusel ja hooldusel arenguperspektiivist, siis aditiivse tootmistehnoloogia omadused määravad, et sellel on süsinikuneutraalsuse osas märkimisväärsed eelised traditsioonilise tootmise ees.
Disain ja valmistamine
1. Pole vaja vormi avada, kiire iteratsioon. Lisatootmistehnoloogia kõige silmapaistvam eelis on see, et arvutigraafika andmetest saab genereerida mis tahes kujuga osi ilma töötluseta või vormimata, mis vähendab oluliselt iteratiivset protsessi, lühendab tootearenduse ja tootmistsüklit ning suurendab energiat arendusprotsess. tarbimine väheneb oluliselt. Professor Wang Huaming Beihangi ülikoolist ütles kord, et Hiina saab nüüd kasutada lisaainete tootmistehnoloogiat C919 lennuki kokpiti klaasist aknaraami printimiseks vaid 55 päevaga, samas kui Euroopa lennukitootmisettevõte ütles, et nad toodavad sama asja vähemalt 2 aastat. Materjali valmistamise tehnoloogia lühendab oluliselt tootmistsüklit ja parandab efektiivsust.
2. Võrgukuju, kõrge materjali kasutusmäär. Peamine viis, kuidas lisandite tootmine võib olla süsinikuneutraalne, on kasutada iga osa, komponendi ja toote jaoks vähem materjali. Lisatootmine on võrgukujuline kuju, mis vähendab oluliselt traditsioonilise tootmise lõikamis-, freesimis- ja lihvimisprotsessis tekkivaid jäätmeid ning lõpptoote materjalikasutus on oluliselt paranenud. Lisaks saab topoloogia optimeerimise kaudu võrestruktuuride, võrestruktuuride jms moodustamisega saavutada ka materjalide säästmise eesmärgi.
3. Funktsionaalse struktuuri integreerimine, vähendades töötlemis- ja montaažiprotseduure. Lisatehnoloogia ei nõua traditsioonilisi tööriistu ja kinnitusvahendeid ega mitut töötlemisprotseduuri ning suudab kiiresti ja täpselt valmistada mis tahes keeruka kujuga osi ühes seadmes, realiseerides seeläbi osade funktsioonide ja struktuuride integreerimise ning vähendades oluliselt töötlemisprotseduure ja kokkupanekut. protsess, mille eesmärk on saavutada tootmisprotsessi vähese süsinikdioksiidiheitega eesmärk.
Air kaubavedu
1. Vähendage kaalu ja vähendage kütusekulu. Lennundusseadmete jaoks on kaalu vähendamine igavene teema ja 5-protsendiline kaalu vähendamine võib säästa 20 protsenti kütusekulu. Lisatootmine võib vähendada energiatarbimist transpordi ajal, vähendades õhusõiduki komponentide kaalu.
2. Parandage mootori põlemise efektiivsust ja vähendage kütusekulu. Mootori sees viib lisatootmistehnoloogia lõpule põlemiskambri ja paljude konstruktsioonielementide valmistamise, mis muudab mootori lihtsamaks, kergemaks ja kompaktsemaks, mis võimaldab säästa kuni 15 protsenti kütust, parandades ainuüksi konstruktsiooni kaudu kütusesäästlikkust.
3. Printige nõudmisel, vähendades energia raiskamist. Kohapealne ja nõudmisel printimine vähendab üldist energiaraiskamist ja süsiniku jalajälge. Keskkonnakulud, nagu kokkupanek, transport, logistika, ladustamine jne, on praktiliselt välistatud, mille tulemuseks on parem energia- ja ressursikasutus.
Remont ja hooldus
1. Taaskasutus, roheline ja vähese CO2-heitega. Lisatootmine võimaldab freestehnoloogia abil realiseerida kasutuselt kõrvaldatud osade taaskasutamist ja lennundustööstuse arengut ringmajanduse suunas. Näiteks USA MolyWorksi tehniline idee on muuta metallitrükijäätmed kvaliteetseks pulbriks. Samas on ettevõte välja pakkunud äriarendusmudeli "Mobiilne valukoda" ehk metallijäätmed seeditakse ja muudetakse kvaliteetseks pulbriks kohapeal.
3. Osaline remont, et vältida osade lammutamist. Lisandite valmistamise kihtide kaupa tootmisomaduste põhjal peetakse spetsiaalseks substraadiks ainult kahjustatud osa ja detaili kuju saab taastada kahjustatud osal kolmemõõtmelise laservormimisega ja jõudlus vastab. kasutusnõuded. Osade tootmisprotsessis realiseeritakse madala süsinikusisaldusega tsükkel, mis säästab uute materjalide ja osade tootmisel kuluvat energiat. Näiteks turbiiniketta osade puhul, kui kettal olev laba on kahjustatud, on kahjustatud laba parandamiseks vaja kasutada ainult lisatootmistehnoloogiat, et taastada ketta funktsioon ja vältida kogu turbiiniketta lammutamist.
3. Parandage osade jõudlust ja pikendage kasutusiga. Osade struktuuri optimeerides saab osade pinget jaotada kõige mõistlikumal viisil, vähendades väsimuspragude tekkimise ohtu, suurendades seeläbi kasutusiga ja vähendades süsiniku jalajälge. Näiteks Ameerika F16 hävitaja 3D-tehnoloogia abil valmistatud telik ei vasta mitte ainult kasutusstandardile, vaid ka selle keskmine eluiga on 2,5 korda pikem kui originaalil.
Soovitused edasiseks suunaks
Lisaainete tootmise võimekuse edasiseks parandamiseks lennunduses süsinikuneutraalsuse saavutamiseks pakutakse välja järgmised arengusuunad.
1. Materjali mikrostruktuuri optimeerimine. Materjali genoomi kaudu luuakse professionaalne andmebaas, et teostada materjalivaliku intelligentset optimeerimist. Koostise, protsessi, mikrostruktuuri ja toimivuse vahelise olemusliku seose loomisega kujundatakse süsinikneutraalsuse nõuetele vastav mikrostruktuur vastavalt materjali omadustele.
2. Struktuurne ja multidistsiplinaarne topoloogia optimeerimine. Tutvustage mitmest füüsikast lähtuvat mahukujundust, integreerige digitaalselt mitmemõõtmelised funktsioonid ja mitut tüüpi materjalid, säilitage vajalikud mehaanilised omadused ja saavutage konstruktsioonifunktsioonide liitmine, et vähendada materjalikulu ja komponentide kaalu.
3. Tehisintellekti ja andmete kaksiktehnoloogia kombinatsioon. Integreerige täiustatud seadmeid või tehnoloogiaid, nagu protsesside jälgimine, teabe tajumine, masinõpe, tehisintellekt, andmebaasid jne. Integreerige tööstuslik Internet aditiivse tootmise digitaalsesse kaksikusse, et andmeid ja mudeleid saaks pilveplatvormide kaudu jagada ja analüüsida. aditiivset digitaalset ökosüsteemi saab parandada. Lisandite tootmine võib mängida võtmerolli süsiniku vähendamisel kõigis lennukiosade tootmise lülides.