Cum materiale noi și idei noi vor modela industria aerospațială de mâine
Explorați viitorul producției aerospațiale cu perspective asupra materialelor avansate, cum ar fi compozitele din fibră de carbon și superaliajele pe bază de nichel, creșterea producției aditive și importanța durabilității. Aflați despre rolul crucial al educației continue și al cercetării și dezvoltării în stimularea inovării.O plută de materiale noi va schimba fața fabricării aeronavelor în anii următori. Dar ce vor însemna acestea pentru sectorul de prelucrare și scule și ce măsuri trebuie luate acum pentru a ține pasul cu viteza schimbării?
Industria aerospațială globală a revenit puternic de la încetinirea inevitabilă a pandemiei. Cererea crește cu aproximativ 4-5% în fiecare an și se așteaptă să continue în următoarele două decenii. Pentru a satisface această cerere - și pentru a se alinia la obiectivele nete de emisii zero până în 2050 - producătorii și furnizorii vor trebui să se uite la materiale noi, colaborări mai largi și modalități mai eficiente de lucru, spune Mark Walsh, director academic la Seco Tools din Marea Britanie.
"Am fost implicat în industria aerospațială de mult timp și obișnuiam să spun că ar trebui să vă gândiți întotdeauna la progresele tehnologice care ar putea fi 30 sau 40 de ani în viitor. Cu toate acestea, nu poți fi niciodată sigur. Există multe oportunități diferite cu materiale acum și vedem introducerea de materiale în componentele motorului pentru aeronave pe care nu le-am fi luat niciodată în considerare anterior.
Compozitele avansate, cum ar fi materialele plastice ranforsate cu fibră de carbon (CFRP), sunt un exemplu în acest sens. Materialele compozite sunt din ce în ce mai răspândite în industria aerospațială datorită raportului lor ridicat rezistență-greutate, iar aproximativ 50% din structurile moderne de aeronave, cum ar fi Airbus A350 și Boeing 787 Dreamliner, sunt fabricate din CFRP.
„Cred că compozitele din fibră de carbon sunt viitorul, în special în zborul supersonic”, spune David Morr, care este responsabil pentru educația inginerească globală la Seco. „Tehnologia este incredibilă. Singurul lucru împotriva acestuia este aspectul sustenabilității, deoarece acestea nu sunt ușor reciclabile și, odată ce componentele au fost utilizate, au tendința de a intra în depozitele de deșeuri. Dar investim deja în reciclare, iar găsirea unor metode rentabile pentru reciclarea acesteia la scară largă este o prioritate”, spune el.
Acest lucru subliniază o problemă cu multe dintre noile materiale compozite din industria aerospațială. În timp ce fiecare oferă avantaje, există adesea provocări de depășit, fie în ceea ce privește aprovizionarea, costul, prelucrarea sau reciclarea acestora.
Cu reducerea greutății un accent principal al industriei, aliajele de aluminiu, cum ar fi 7178-T6 și 7079-T6, sunt puternice, ușoare, relativ ieftine și rapide la mașină. Cu toate acestea, cu un punct de topire mai mic decât multe alte metale structurale, acestea sunt potențial nepotrivite pentru aplicații la temperaturi ridicate, iar moliciunea relativă a aluminiului înseamnă că nu poate rezista la uzură la fel de mult.
Oțelurile de înaltă rezistență oferă rezistență excepțională și rezistență la impact, dar pot fi dificil de prelucrat. Același lucru este valabil și pentru oțelurile inoxidabile, care sunt utilizate mai puțin în aplicațiile aerospațiale.
Aliajele de titan, cum ar fi Ti-6al-4V, sunt, de asemenea, cruciale pentru raportul rezistență-greutate și rezistența la coroziune, cu toate acestea, aprovizionarea a fost grav afectată de problemele geopolitice în curs de desfășurare.
Având o durabilitate ridicată pe agenda industriei, super-aliajele pe bază de nichel, utilizate în principal în secțiunile de turbine ale motoarelor de aeronave, sunt susceptibile de a îmbunătăți eficiența consumului de combustibil și performanța generală a motorului și sunt critice în efortul de a obține combustibili durabili pentru aviație.
Proliferarea noilor materiale compozite în industria aerospațială înseamnă că abordările de prelucrare și prelucrare a uneltelor vor trebui, de asemenea, să evolueze. David Morr este încrezător că imprimarea 3D și fabricația aditivă (AM) vor avea un rol din ce în ce mai important, mai ales având în vedere că introducerea sa s-a dovedit a fi mai lină decât s-a temut probabil.
„Am lucrat cu Australian Defense Materials Technology Center (DMTC) ca parte a unei echipe de colaborare care analizează materiale viitoare. La acea vreme se vorbea mult despre imprimarea 3D, despre care credeam că va fi o provocare. Dar a ajuns să fie un pic mai ușor de prelucrat, pentru că este vorba de toate materialele PM (metalurgie pulbere). Calitatea materialului piesei de prelucrat a eliminat orice variație în cadrul structurii, rezultând într-un proces de prelucrare consecvent, fără nicio variație”, își amintește el. “Tipurile de concepte la care trebuie să ne gândim sunt modul în care aceste materiale vor fi prelucrate, ce caracteristici vor avea și ce tip de gândire out-of-the-box ar putea avea nevoie pentru a atinge aceste obiective.”
Mark Walsh este de acord că fabricarea aditivilor în industria aerospațială va continua să crească, deși, crede el, ziua în care vedem componentele sensibile din industria aerospațială este într-o oarecare măsură departe. "Suntem probabil la 10 până la 15 de ani distanță, în opinia mea", spune el.
O altă posibilă dezvoltare în domeniul ingineriei aerospațiale poziționată de Morr este un sector de producție cu două niveluri.
"Odată cu creșterea potențială a aviației în întreaga lume, întregul concept al modului în care construim avioane pentru viitor s-ar putea schimba complet", spune el. De exemplu, pentru companiile de primă clasă și companiile care doresc să facă călătorii cât mai repede posibil, ar putea exista un accent pe aeronavele supersonice. În plus, putem folosi ceea ce avem deja astăzi, dar cu motoare mai eficiente din punct de vedere al consumului de combustibil, conținut mai reciclabil și mai multe articole imprimate 3D.”
Cu toate acestea, industria se dezvoltă, totuși, educația și formarea continuă vor fi esențiale pentru a dota forța de muncă cu abilitățile necesare pentru a naviga în viitorul producției aerospațiale.
"Trebuie să creștem formarea în general, ceea ce ar avea un impact și asupra perfecționării. Cred că va trebui să existe o „strângere de mână reciprocă” pe care să ne învățăm unii pe alții. Trebuie să investim în universități și să spunem: „Hei, vedem tehnologia viitoare în acest lucru, vrem să ne implicăm în cercetarea și dezvoltarea dvs. Și vă vom sponsoriza în faza de cercetare și dezvoltare. În schimb, te uiți la ceea ce se întâmplă la marginea de vârf", spune Morr.
Odată cu creșterea influenței inteligenței artificiale în industrie, rolul mașiniștilor se va schimba probabil și el, potrivit lui Morr, care vede un viitor în care inginerii mecanici și inginerii robotici vor deveni machiniști de generație următoare. Acest lucru, susține el, va reduce costurile totale pe termen lung.
Linia de jos financiară, care încă conduce atât de mult din afaceri astăzi, va deveni din ce în ce mai mult una dintre cele trei considerente majore în producția aerospațială de mâine, potrivit lui Mark Walsh.
„Ai impactul economic al ceea ce faci, impactul asupra mediului și impactul societal. Acesta este un mod relativ nou de gândire în ceea ce privește producția, dar cred că va fi piatra de temelie a proiectării proceselor și materialelor. Luarea în considerare a proiectării circulare a noilor materiale va deveni normă, permițând recuperarea, reutilizarea și reciclarea a cât mai multor materiale posibil pentru a reduce deșeurile în procesele noastre.
Cererea este în creștere, iar industria aviatică privește optimist spre viitor. De la materiale și cercetare-dezvoltare până la investiții și educație, producătorii de echipamente originale și industria aerospațială pot avansa cu încredere în cunoașterea faptului că, deși lanțurile de aprovizionare pot rămâne o provocare, există blocurile de construcție potrivite pentru a reflecta această încredere.
Aflați mai multe despre materialele viitoare descărcând cartea noastră albă
