SmarTech fabrikazio-teknologiako aholkularitza enpresaren arabera, aeroespaziala da gehigarrizko fabrikazioak (AM) zerbitzatzen duen bigarren industria handiena, medikuntzaren ondoren bigarrena. Hala ere, oraindik ez dago kontzientziarik zeramikazko materialen gehigarrizko fabrikazioak aeroespazialki osagaien fabrikazio azkarrari, malgutasunari eta kostu-eraginkortasunari dagokionez duen potentzialari buruz. AM-k zeramikazko piezak sendoagoak eta arinagoak azkarrago eta modu jasangarriagoan ekoiz ditzake, lan-kostuak murriztuz, eskuzko muntaketa minimizatuz eta modelatuz garatutako diseinuaren bidez eraginkortasuna eta errendimendua hobetuz, eta horrela hegazkinaren pisua murriztuz. Horrez gain, gehigarrizko fabrikazio zeramikoko teknologiak 100 mikra baino txikiagoak diren ezaugarrietarako pieza amaituen dimentsio-kontrola eskaintzen du.
Hala ere, zeramika hitzak hauskortasunaren ideia okerra sor dezake gogora. Izan ere, gehigarri bidez fabrikatutako zeramikei esker, pieza arinagoak eta finagoak sortzen dira, egitura-erresistentzia, gogortasun eta tenperatura-tarte zabalarekiko erresistentzia handikoak. Etorkizunera begira dauden enpresek zeramikazko fabrikazio-osagaietara jotzen ari dira, besteak beste, toberak eta helizeak, isolatzaile elektrikoak eta turbina-palak.
Adibidez, purutasun handiko alumina gogortasun handia du, eta korrosioarekiko erresistentzia eta tenperatura-tarte handia ditu. Aluminaz egindako osagaiak elektrikoki isolatzaileak dira, halaber, aeroespazio-sistemetan ohikoak diren tenperatura altuetan.
Zirkoniazko zeramikei esker, muturreko material-eskakizunak eta tentsio mekaniko handia behar diren aplikazio asko bete daitezke, hala nola, goi-mailako metalezko moldurak, balbulak eta errodamenduak. Silizio nitruro zeramikei erresistentzia handia, gogortasun handia eta erresistentzia termiko bikaina ematen zaie, baita azido, alkali eta metal urtuen korrosioarekiko erresistentzia kimiko ona ere. Silizio nitruroa isolatzaileetarako, inpellerretarako eta tenperatura altuko antena dielektriko baxuetarako erabiltzen da.
Zeramika konposatuek hainbat ezaugarri desiragarri eskaintzen dituzte. Alumina eta zirkoiarekin gehitutako siliziozko zeramikei ondo funtzionatzen dutela frogatu da turbina-paletarako kristal bakarreko galdaketak fabrikatzeko. Hau da, material honekin egindako nukleo zeramikoak 1.500 °C-rainoko hedapen termiko oso txikia duelako, porositate handia, gainazalaren kalitate bikaina eta lixibiazio ona duelako. Nukleo hauek inprimatuz, funtzionamendu-tenperatura altuagoak jasan ditzaketen eta motorraren eraginkortasuna handitu dezaketen turbina-diseinuak sor daitezke.
Jakina da zeramiken injekzio bidezko moldeoa edo mekanizazioa oso zaila dela, eta mekanizazioak fabrikatzen ari diren osagaietarako sarbide mugatua ematen duela. Pareta meheak bezalako ezaugarriak ere zailak dira mekanizatzen.
Hala ere, Lithozek litografian oinarritutako zeramikazko fabrikazioa (LCM) erabiltzen du 3D zeramikazko osagai zehatzak eta forma konplexuak fabrikatzeko.
CAD eredutik abiatuta, zehaztapen zehatzak digitalki transferitzen dira 3D inprimagailura. Ondoren, zehaztasunez formulatutako zeramikazko hautsa aplikatzen da ontzi gardenaren goialdean. Eraikuntza-plataforma mugikorra lokatzetan murgiltzen da eta, ondoren, beheko argi ikusgaiaren eraginpean jartzen da. Geruza-irudia proiekzio-sistemarekin batera mikro-ispilu digital batek (DMD) sortzen du. Prozesu hau errepikatuz, hiru dimentsioko pieza berde bat sor daiteke geruzaz geruza. Tratamendu termikoaren ondoren, aglutinatzailea kentzen da eta pieza berdeak sinterizatzen dira -berotze-prozesu berezi baten bidez konbinatzen dira- propietate mekaniko eta gainazal-kalitate bikainak dituen pieza zeramiko guztiz trinkoa sortzeko.
LCM teknologiak turbina-motorraren osagaien inbertsio-galdaketarako prozesu berritzaile, kostu-eraginkor eta azkarragoa eskaintzen du, injekzio-moldeaketarako eta argizari galduzko galdaketarako beharrezkoak diren moldeen fabrikazio garesti eta neketsuak saihestuz.
LCM-k beste metodo batzuekin lortu ezin diren diseinuak ere lor ditzake, beste metodo batzuek baino lehengai askoz gutxiago erabiliz.
Zeramikazko materialen eta LCM teknologiaren potentzial handia izan arren, oraindik ere aldea dago AM jatorrizko ekipamenduen fabrikatzaileen (OEM) eta aeroespazialaren diseinatzaileen artean.
Arrazoietako bat segurtasun eta kalitate eskakizun zorrotzak dituzten industrietan fabrikazio metodo berriekiko erresistentzia izan daiteke. Aire eta espazio fabrikazioak egiaztapen eta kalifikazio prozesu asko behar ditu, baita proba sakon eta zorrotzak ere.
Beste oztopo bat da 3D inprimaketa batez ere prototipo azkarrerako egokia dela airean erabil daitekeen edozer gauzatarako baino. Berriz ere, gaizki-ulertu bat da hau, eta frogatu da 3D inprimatutako zeramikazko osagaiak ekoizpen masiboan erabiltzen direla.
Adibide bat turbina-palen fabrikazioa da, non AM zeramika-prozesuak kristal bakarreko (SX) nukleoak ekoizten dituen, baita norabidezko solidotze-prozesuko (DS) eta ardatz berdineko galdaketako (EX) superaleaziozko turbina-palak ere. Adar-egitura konplexuak, horma anitzak eta 200 μm baino gutxiagoko atzeko ertzak dituzten nukleoak azkar eta ekonomikoki ekoiztu daitezke, eta azken osagaiek dimentsio-zehaztasun koherentea eta gainazaleko akabera bikaina dute.
Komunikazioa hobetzeak aeroespazial diseinatzaileak eta AM OEMak elkartu ditzake, eta LCM eta beste teknologia batzuk erabiliz fabrikatutako zeramikazko osagaietan guztiz konfiantza izan dezake. Teknologia eta espezializazioa badaude. AM I+G eta prototipoetarako pentsatzeko modua aldatu behar da, eta eskala handiko aplikazio komertzialetarako aurrera egiteko bidea dela ikusi.
Hezkuntzaz gain, aeroespazial enpresek denbora inbertitu dezakete langileengan, ingeniaritzan eta probetan ere. Fabrikatzaileek zeramika ebaluatzeko estandar eta metodo desberdinak ezagutu behar dituzte, ez metalak. Adibidez, Lithoz-en bi ASTM estandar nagusiak zeramika estrukturaletarako ASTM C1161 dira erresistentzia-probetarako eta ASTM C1421 gogortasun-probetarako. Estandar hauek metodo guztiekin ekoitzitako zeramikei aplikatzen zaizkie. Zeramikazko gehigarrien fabrikazioan, inprimatzeko urratsa moldaketa-metodo bat besterik ez da, eta piezek zeramika tradizionalak bezalako sinterizazio mota bera jasaten dute. Beraz, zeramikazko piezen mikroegitura oso antzekoa izango da mekanizazio konbentzionalarenarekin.
Materialen eta teknologiaren etengabeko aurrerapenean oinarrituta, ziur esan dezakegu diseinatzaileek datu gehiago lortuko dituztela. Zeramikazko material berriak garatu eta pertsonalizatuko dira ingeniaritza behar espezifikoen arabera. AM zeramikaz egindako piezen ziurtapen prozesua osatuko da aeroespazialean erabiltzeko. Eta diseinu tresna hobeak eskainiko dituzte, hala nola modelatzeko software hobetua.
LCMko aditu teknikoekin lankidetzan arituz, aeroespazial enpresek AM zeramika prozesuak barnean sartu ditzakete, denbora laburtuz, kostuak murriztuz eta enpresaren jabetza intelektuala garatzeko aukerak sortuz. Aurreikuspen eta epe luzerako plangintzarekin, zeramika teknologian inbertitzen duten aeroespazial enpresek onura nabarmenak lor ditzakete beren ekoizpen zorro osoan hurrengo hamar urteetan eta aurrerago.
AM Ceramics-ekin lankidetza bat ezarriz, aeroespazioko jatorrizko ekipamenduen fabrikatzaileek lehen imajinaezinak ziren osagaiak ekoiztuko dituzte.
About the author: Shawn Allan is the vice president of additive manufacturing expert Lithoz. You can contact him at sallan@lithoz-america.com.
Shawn Allanek zeramikazko gehigarrien fabrikazioaren abantailak eraginkortasunez komunikatzeko zailtasunei buruz hitz egingo du Cleveland-eko (Ohio) Ceramics Expo-n, 2021eko irailaren 1ean.
Hegaldi hipersonikoen sistemen garapena hamarkadetan zehar existitu den arren, orain AEBetako defentsa nazionalaren lehentasun nagusia bihurtu da, eta horrek eremu hau hazkunde eta aldaketa azkarreko egoeran jarri du. Diziplina anitzeko eremu paregabea denez, erronka da haren garapena sustatzeko beharrezko trebetasunak dituzten adituak aurkitzea. Hala ere, aditu nahikorik ez dagoenean, berrikuntza-hutsune bat sortzen da, hala nola, fabrikaziorako diseinua (DFM) lehenestea I+G fasean, eta gero fabrikazio-hutsune bihurtzen da kostu-eraginkorrak diren aldaketak egiteko beranduegi denean.
Aliantzek, hala nola, berriki sortu den University Alliance for Applied Hypersonics (UCAH) izenekoak, ingurune garrantzitsua eskaintzen dute arloa aurrera eramateko beharrezkoak diren talentuak lantzeko. Ikasleek zuzenean lan egin dezakete unibertsitateko ikertzaileekin eta industriako profesionalekin teknologia garatzeko eta hipersoniaren ikerketa kritikoa aurrera eramateko.
UCAHk eta beste defentsa partzuergo batzuek kideei ingeniaritza lanetan aritzeko baimena eman bazuten ere, lan gehiago egin behar da talentu anitz eta esperientziadunak lantzeko, diseinutik hasi eta materialen garapen eta hautaketaraino eta fabrikazio tailerretaraino.
Arloan balio iraunkorragoa emateko, unibertsitateen aliantzak langileen garapena lehentasun bihurtu behar du industriaren beharrekin lerrokatuz, kideak industriari egokitutako ikerketan inplikatuz eta programan inbertituz.
Teknologia hipersonikoa eskala handiko proiektu fabrikagarrietan eraldatzen denean, ingeniaritza eta fabrikazio arloko langileen trebetasun-arrakala da erronka handiena. Hasierako ikerketek heriotzaren haran egoki izendatu hau zeharkatzen ez badute —I+G eta fabrikazioaren arteko arrakala, eta proiektu anbiziotsu asko huts egin badute—, orduan irtenbide aplikagarri eta bideragarri bat galdu dugu.
AEBetako manufaktura-industriak abiadura supersonikoa bizkortu dezake, baina atzean geratzeko arriskua langileen tamaina handitzea da. Beraz, gobernuak eta unibertsitateen garapen-partzuergoek fabrikatzaileekin lankidetzan aritu behar dute plan horiek praktikan jartzeko.
Industriak trebetasun-hutsuneak izan ditu fabrikazio-tailerretatik hasi eta ingeniaritza-laborategietaraino; hutsune horiek handitu egingo dira merkatu hipersonikoa hazten den heinean. Teknologia berriek lan-indar berri bat behar dute arloko ezagutza zabaltzeko.
Lan hipersonikoak hainbat material eta egituraren hainbat arlo nagusi hartzen ditu barne, eta arlo bakoitzak bere erronka teknikoak ditu. Ezagutza zehatz-mehatz handia behar dute, eta beharrezko espezializazioa ez badago, horrek oztopoak sor ditzake garapenean eta ekoizpenean. Lana mantentzeko nahiko jende ez badugu, ezinezkoa izango da abiadura handiko ekoizpenaren eskaerari eustea.
Adibidez, azken produktua eraiki dezaketen pertsonak behar ditugu. UCAH eta beste partzuergo batzuk ezinbestekoak dira fabrikazio modernoa sustatzeko eta fabrikazioaren rolean interesa duten ikasleak barne hartzen direla ziurtatzeko. Langileen garapenerako ahalegin dedikatu eta diziplina anitzekoen bidez, industriak abantaila lehiakorra mantendu ahal izango du hegaldi hipersonikoen planetan datozen urteetan.
UCAH sortuz, Defentsa Sailak aukera bat sortzen ari da arlo honetako gaitasunak eraikitzeko ikuspegi fokatuagoa hartzeko. Koalizioko kide guztiek elkarrekin lan egin behar dute ikasleen nitxo-gaitasunak trebatzeko, ikerketaren bultzada eraiki eta mantendu ahal izateko, eta gure herrialdeak behar dituen emaitzak lortzeko zabaldu ahal izateko.
NASA Advanced Composites Alliance (NASA) erakunde itxia langileen garapenerako ahalegin arrakastatsu baten adibidea da. Bere eraginkortasuna I+G lana industriaren interesekin konbinatzearen emaitza da, eta horrek berrikuntza garapen ekosistema osoan zabaltzea ahalbidetzen du. Industriako liderrek NASArekin eta unibertsitateekin zuzenean lan egin dute proiektuetan bi eta lau urtez. Kide guztiek ezagutza eta esperientzia profesionala garatu dute, ingurune ez-lehiakor batean lankidetzan aritzen ikasi dute, eta unibertsitateko ikasleak sustatu dituzte etorkizunean industriako jokalari nagusiak sustatzeko.
Langileen garapen mota honek industriako hutsuneak betetzen ditu eta enpresa txikiei azkar berritzeko eta arloa dibertsifikatzeko aukerak eskaintzen dizkie, AEBetako segurtasun nazionalerako eta segurtasun ekonomikorako ekimenetarako egokia den hazkunde gehiago lortzeko.
UCAH barne unibertsitateen aliantzak aktibo garrantzitsuak dira hipersoniaren arloan eta defentsa industrian. Haien ikerketak berrikuntza berriak sustatu baditu ere, haien balio handiena gure hurrengo belaunaldiko langileak trebatzeko duten gaitasunean datza. Partzuergoak orain plan horietan inbertsioa lehenetsi behar du. Horrela, hipersoniaren berrikuntzaren epe luzerako arrakasta sustatzen lagun dezakete.
About the author: Kim Caldwell leads Spirit AeroSystems’ R&D program as a senior manager of portfolio strategy and collaborative R&D. In her role, Caldwell also manages relationships with defense and government organizations, universities, and original equipment manufacturers to further develop strategic initiatives to develop technologies that drive growth. You can contact her at kimberly.a.caldwell@spiritaero.com.
Produktu konplexu eta goi-mailakoen fabrikatzaileek (adibidez, hegazkinen osagaiak) perfekzioarekin konprometituta daude beti. Ez dago maniobrarako tarterik.
Hegazkinen ekoizpena oso konplexua denez, fabrikatzaileek arretaz kudeatu behar dute kalitate-prozesua, urrats bakoitzari arreta handia jarriz. Horrek sakonki ulertzea eskatzen du nola kudeatu eta egokitu ekoizpen dinamikoari, kalitateari, segurtasunari eta hornikuntza-kateari dagozkion arazoetara, arauzko eskakizunak betez.
Kalitate handiko produktuen entregan faktore askok eragiten dutenez, zaila da ekoizpen-eskaera konplexuak eta maiz aldatzen direnak kudeatzea. Kalitate-prozesua dinamikoa izan behar da ikuskapenaren eta diseinuaren, ekoizpenaren eta probaren alderdi guztietan. 4.0 Industriako estrategiei eta fabrikazio-irtenbide modernoei esker, kalitate-erronka hauek errazago kudeatu eta gainditzen dira.
Hegazkinen ekoizpenaren foku tradizionala betidanik materialetan jarri izan da. Kalitate arazo gehienen iturria haustura hauskorra, korrosioa, metalen nekea edo beste faktore batzuk izan daitezke. Hala ere, gaur egungo hegazkinen ekoizpenak material erresistenteak erabiltzen dituzten teknologia aurreratu eta oso diseinatuak ditu. Produktuen sorkuntzak prozesu eta sistema elektroniko oso espezializatu eta konplexuak erabiltzen ditu. Baliteke eragiketa orokorren kudeaketa software irtenbideek jada ezin izatea arazo oso konplexuak konpondu.
Pieza konplexuagoak hornidura-kate globaletik eros daitezke, beraz, arreta handiagoa eman behar zaio muntaketa-prozesu osoan integratzeari. Ziurgabetasunak erronka berriak dakartza hornidura-katearen ikusgarritasunari eta kalitatearen kudeaketari. Hainbeste pieza eta produktu amaituren kalitatea bermatzeko, kalitate-metodo hobeak eta integratuagoak behar dira.
4.0 Industria manufaktura industriaren garapena adierazten du, eta gero eta teknologia aurreratuagoak behar dira kalitate-eskakizun zorrotzak betetzeko. Laguntza-teknologien artean daude Gauzen Internet Industriala (IIoT), hari digitalak, errealitate areagotua (AR) eta analisi prediktiboa.
4.0 Kalitateak produktuak, prozesuak, plangintza, betetzea eta estandarrak barne hartzen dituen datuetan oinarritutako ekoizpen-prozesuaren kalitate-metodo bat deskribatzen du. Kalitate-metodo tradizionaletan oinarritzen da, ordezkatu beharrean, eta bere pareko industrialetan erabiltzen diren teknologia berri berberak erabiltzen ditu, besteak beste, ikaskuntza automatikoa, gailu konektatuak, hodeiko konputazioa eta biki digitalak, erakundearen lan-fluxua eraldatzeko eta produktu edo prozesuetan akatsak ezabatzeko. 4.0 Kalitatearen sorrerak lan-kultura gehiago aldatzea espero da, datuetan oinarritzea areagotuz eta kalitatea produktua sortzeko metodo orokorraren barruan sakonago erabiliz.
4.0 Kalitateak eragiketa eta kalitate bermatzeko (QA) gaiak integratzen ditu hasieratik diseinu faseraino. Horrek produktuak nola kontzeptualizatu eta diseinatu barne hartzen du. Industriako azken inkesten emaitzek adierazten dute merkatu gehienek ez dutela diseinu transferentzia prozesu automatizaturik. Eskuzko prozesuak erroreetarako tartea uzten du, barne errorea izan edo diseinua eta hornikuntza katean egindako aldaketak komunikatzea izan.
Diseinuaz gain, Quality 4.0-k prozesuetan oinarritutako ikaskuntza automatikoa ere erabiltzen du hondakinak murrizteko, berriro lantzea murrizteko eta ekoizpen-parametroak optimizatzeko. Horrez gain, produktuaren errendimendu-arazoak konpontzen ditu entregatu ondoren, tokiko feedbacka erabiltzen du produktuaren softwarea urrunetik eguneratzeko, bezeroen gogobetetasuna mantentzen du eta, azken finean, negozioen errepikapena bermatzen du. Industria 4.0-ren bazkide banaezina bihurtzen ari da.
Hala ere, kalitatea ez da soilik hautatutako fabrikazio-loturetan aplikatzen. 4.0 Kalitatea inklusiboak kalitate-ikuspegi integrala txerta dezake fabrikazio-erakundeetan, datuen eraldaketa-ahalmena enpresa-pentsamenduaren zati bihurtuz. Erakundearen maila guztietan betetzeak kalitate-kultura orokor bat sortzen laguntzen du.
Ezinezkoa da ekoizpen-prozesu batek %100ean perfektuki funtzionatzea. Baldintza aldaketek aurreikusi gabeko gertaerak eragiten dituzte, eta horiek konponketa behar dute. Kalitatearen arloan esperientzia dutenek badakite perfekziorantz mugitzeko prozesua dela gakoa. Nola ziurtatzen duzu kalitatea prozesuan txertatzen dela arazoak ahalik eta azkarren detektatzeko? Zer egingo duzu akatsa aurkitzen duzunean? Ba al dago arazo hau eragiten duen kanpoko faktorerik? Zer aldaketa egin ditzakezu ikuskapen-planean edo proba-prozeduran arazo hau berriro gerta ez dadin?
Ezarri mentalitatea ekoizpen-prozesu guztiek kalitate-prozesu erlazionatu bat dutela. Imajinatu etorkizun bat non banakako harremana dagoen eta etengabe neurtu kalitatea. Ausaz gertatzen dena gertatzen dela ere, kalitate perfektua lor daiteke. Lan-zentro bakoitzak adierazleak eta errendimendu-adierazle nagusiak (KPIak) berrikusten ditu egunero, arazoak sortu aurretik hobekuntza-eremuak identifikatzeko.
Sistema itxi honetan, ekoizpen-prozesu bakoitzak kalitate-inferentzia bat du, eta horrek feedbacka ematen du prozesua gelditzeko, prozesua jarraitzeko aukera emateko edo denbora errealeko doikuntzak egiteko. Sistemak ez du nekearen edo giza akatsen eraginik. Aireontzien ekoizpenerako diseinatutako begizta itxiko kalitate-sistema bat ezinbestekoa da kalitate-maila altuagoak lortzeko, ziklo-denborak laburtzeko eta AS9100 estandarrak betetzen direla ziurtatzeko.
Duela hamar urte, ezinezkoa zen kalitate-bermea produktuen diseinuan, merkatu-ikerketan, hornitzaileetan, produktuen zerbitzuetan edo bezeroen gogobetetzean eragina duten beste faktore batzuetan zentratzearen ideia. Produktuen diseinua goi-mailako agintaritza batetik datorrela ulertzen da; kalitatea diseinu horiek muntaketa-katean gauzatzea da, haien gabeziak gorabehera.
Gaur egun, enpresa askok negozioak nola egin birplanteatzen ari dira. 2018ko status quo-a jada ez da posible izango. Gero eta fabrikatzaile gehiago gero eta adimentsuagoak dira. Ezagutza gehiago dago eskuragarri, eta horrek esan nahi du adimen hobea dagoela produktu egokia lehenengo aldian eraikitzeko, eraginkortasun eta errendimendu handiagoarekin.