วัสดุใหม่และแนวคิดใหม่จะกำหนดรูปลักษณ์ของอุตสาหกรรมการผลิตอากาศยานในอนาคตได้อย่างไร
สำรวจอนาคตของการผลิตอากาศยานด้วยข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับวัสดุขั้นสูง เช่น คอมโพสิตคาร์บอนไฟเบอร์ และซูเปอร์อัลลอยที่มีส่วนผสมนิเกิล การเติบโตของการผลิตแบบเติมเนื้อวัสดุ และความสำคัญของความยั่งยืน เรียนรู้เกี่ยวกับบทบาทสำคัญของการศึกษาและการวิจัยและพัฒนาอย่างต่อเนื่องในการขับเคลื่อนนวัตกรรมวัสดุใหม่มากมายกำลังเตรียมตัวที่จะเปลี่ยนโฉมหน้าของการผลิตอากาศยานในปีต่อๆ ไป แต่วัสดุเหล่านี้จะมีความหมายอย่างไรต่อภาคส่วนการตัดเฉือนและเครื่องมือ และต้องดำเนินการอย่างไรในตอนนี้เพื่อให้ทันกับความเร็วของการเปลี่ยนแปลง?
อุตสาหกรรมอากาศยานทั่วโลกฟื้นตัวอย่างแข็งแกร่งจากการชะลอตัวอันหลีกเลี่ยงไม่ได้จากการระบาดใหญ่ ความต้องการเพิ่มขึ้นประมาณ 4-5 เปอร์เซ็นต์ในแต่ละปีและคาดว่าจะยังคงเพิ่มขึ้นต่อไปในอีกสองทศวรรษข้างหน้า เพื่อตอบสนองความต้องการดังกล่าว – และสอดคล้องกับเป้าหมายการปล่อยมลพิษสุทธิเป็นศูนย์ภายในปี 2050 – ผู้ผลิตและซัพพลายเออร์จะต้องมองหาวัสดุใหม่ๆ ความร่วมมือที่กว้างขึ้น และวิธีการทำงานที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น Mark Walsh หัวหน้าฝ่ายวิชาการของ Seco Tools ใน UK กล่าว
“ผมเคยเกี่ยวข้องกับการผลิตอากาศยานมาเป็นเวลานาน และผมเคยพูดว่าคุณควรคิดเสมอว่าความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีจะเป็นอย่างไรในอีก 30 หรือ 40 ปีข้างหน้า อย่างไรก็ตาม คุณไม่สามารถแน่ใจได้จริงๆ มีโอกาสมากมายที่แตกต่างกันสำหรับวัสดุในปัจจุบัน และเรากำลังเห็นการนำวัสดุมาใช้ในชิ้นส่วนเครื่องยนต์ของเครื่องบิน ซึ่งเราไม่เคยพิจารณามาก่อน”
บทบาทของคอมโพสิต
คอมโพสิตขั้นสูง เช่น พลาสติกเสริมคาร์บอนไฟเบอร์ (CFRP) เป็นตัวอย่างที่ชัดเจน วัสดุคอมโพสิตกำลังได้รับความนิยมมากขึ้นในอุตสาหกรรมอากาศยาน เนื่องจากมีอัตราส่วนความแข็งแรงต่อน้ำหนักที่สูง และโครงสร้างเครื่องบินสมัยใหม่ประมาณ 50% เช่น Airbus A350 และ Boeing 787 Dreamliner ผลิตจาก CFRPs
“ผมคิดว่าวัสดุคอมโพสิตคาร์บอนไฟเบอร์คืออนาคต โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการบินที่เร็วเหนือเสียง David Morr ผู้รับผิดชอบด้านการศึกษาทางวิศวกรรมทั่วโลกที่ Seco กล่าว “เทคโนโลยีนี้น่าทึ่งมาก สิ่งเดียวที่ไม่เห็นด้วยกับเทคโนโลยีนี้คือความยั่งยืน เนื่องจากไม่สามารถรีไซเคิลได้ง่าย และเมื่อใช้งานชิ้นส่วนต่างๆ แล้ว ก็มักจะถูกนำไปฝังกลบ แต่ตอนนี้เรากำลังลงทุนกับรีไซเคิลอยู่แล้ว และการค้นหาวิธีการที่คุ้มต้นทุนสำหรับการรีไซเคิลในปริมาณมากถือเป็นเรื่องสำคัญ” เขากล่าว
เรื่องนี้ตอกย้ำปัญหาของวัสดุคอมโพสิตใหม่ๆ หลายชนิดในอุตสาหกรรมอากาศยาน แม้ว่าวัสดุคอมโพสิตแต่ละชนิดจะมีข้อดี แต่ก็มักมีความท้าทายที่ต้องเอาชนะให้ได้ แม้ว่าจะเป็นในแง่ของการจัดหา ต้นทุน การตัดเฉือน หรือการรีไซเคิล
เนื่องจากการลดน้ำหนักเป็นประเด็นสำคัญในอุตสาหกรรม อะลูมิเนียมอัลลอย เช่น 7178-T6 และ 7079-T6 มีความแข็งแรง น้ำหนักเบา ราคาค่อนข้างถูกและตัดเฉือนได้เร็ว อย่างไรก็ตาม เนื่องจากมีจุดหลอมเหลวต่ำกว่าโลหะโครงสร้างอื่นๆ หลายชนิด จึงไม่เหมาะสำหรับการใช้งานที่อุณหภูมิสูง และอะลูมิเนียมมีความอ่อนตัว เมื่อเทียบกับโลหะชนิดอื่นๆ จึงไม่สามารถทนต่อการสึกหรอได้มากนัก
เหล็กกล้าความแข็งสูงให้ความแข็งแกร่งและทนต่อแรงกระแทกได้ดีเยี่ยม แต่ตัดเฉือนได้ยาก เช่นเดียวกับสเตนเลสซึ่งใช้ในอุตสาหกรรมอากาศยานน้อยกว่า
ไทเทเนียมอัลลอย เช่น Ti-6Al-4V ยังมีความสำคัญต่ออัตราส่วนความแข็งแรงต่อน้ำหนักและความต้านทานการกัดกร่อน อย่างไรก็ตาม การจัดหาที่ได้รับผลกระทบอย่างรุนแรงจากปัญหาภูมิรัฐศาสตร์ยังคงดำเนินอยู่
เนื่องจากความยั่งยืนเป็นหัวข้อสำคัญในอุตสาหกรรม ซูเปอร์อัลลอยที่มีส่วนผสมนิเกิล ซึ่งใช้ในส่วนกังหันเครื่องยนต์ของเครื่องบินเป็นหลัก จึงมีแนวโน้มที่จะช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพการใช้เชื้อเพลิงและสมรรถนะของเครื่องยนต์โดยรวม และมีความสำคัญอย่างยิ่งในการผลักดันเชื้อเพลิงการบินที่ยั่งยืน
แนวทางใหม่
การแพร่หลายของวัสดุคอมโพสิตใหม่ในอุตสาหกรรมอากาศยาน หมายความว่าแนวทางในการตัดเฉือนและการสร้างเครื่องมือก็จะต้องมีการพัฒนาเช่นกัน David Morr มั่นใจว่าการพิมพ์ 3 มิติและการผลิตแบบเติมเนื้อวัสดุ (AM) จะมีบทบาทเพิ่มมากขึ้น โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เมื่อการนำมาใช้แล้วพิสูจน์ว่าราบรื่นกว่าที่คาดการณ์ไว้
“ผมเคยทำงานกับศูนย์เทคโนโลยีวัสดุป้องกันประเทศออสเตรเลีย (DMTC) ในฐานะส่วนหนึ่งของทีมร่วมมือที่ศึกษาวัสดุในอนาคต ในเวลานั้น มีการพูดคุยกันมากมายเกี่ยวกับการพิมพ์ 3 มิติ ซึ่งเราคิดว่าน่าจะเป็นความท้าทาย แต่สุดท้ายแล้ว มันก็ง่ายกว่าในการตัดเฉือนเล็กน้อย เนื่องจากเป็นวัสดุ PM (ผงโลหะวิทยา) ทั้งหมด คุณภาพของวัสดุชิ้นงานช่วยขจัดความแตกต่างใดๆ ภายในโครงสร้าง ส่งผลให้กระบวนการตัดเฉือนมีความสม่ำเสมอโดยไม่มีความแตกต่างใดๆ” เขาย้อนรำลึก “ประเภทของแนวคิดที่เราต้องนึกถึงก็คือ วัสดุเหล่านี้จะถูกตัดเฉือนอย่างไร จะมีคุณสมบัติอะไรบ้าง และเราอาจต้องใช้แนวคิดนอกกรอบแบบใดเพื่อบรรลุเป้าหมายเหล่านั้น”
Mark Walsh เห็นด้วยว่าการผลิตแบบเติมเนื้อวัสดุในอุตสาหกรรมอากาศยานจะยังคงเติบโตต่อไป แม้ว่าเขาเชื่อว่าสักวันหนึ่งเราจะได้เห็นการผลิตสำหรับชิ้นส่วนที่ละเอียดอ่อนในอุตสาหกรรมอากาศยานนั้นยังอีกนาน “ในความคิดของผม เราน่าจะใช้เวลาอีก 10 ถึง 15 ปี” เขากล่าว
การพัฒนาที่เป็นไปได้อีกประการหนึ่งในวิศวกรรมอากาศยานที่เสนอโดย Morr คือ ภาคการผลิตแบบสองระดับในที่สุด
“ด้วยการเติบโตที่เป็นไปได้ในอุตสาหกรรมการบินทั่วโลก แนวคิดทั้งหมดเกี่ยวกับวิธีการสร้างเครื่องบินสำหรับอนาคตอาจเปลี่ยนแปลงไปอย่างสิ้นเชิง” เขากล่าว “ตัวอย่าง เช่น สำหรับชั้นหนึ่งและบริษัทต่างๆ ที่ต้องการเดินทางให้เร็วที่สุด อาจมีการเน้นที่เครื่องบินความเร็วเหนือเสียง นอกจากนั้น เราอาจใช้สิ่งที่เรามีอยู่แล้วในปัจจุบัน แต่มีเครื่องยนต์ประหยัดน้ำมันที่ดีขึ้น มีชิ้นส่วนที่รีไซเคิลได้มากขึ้น และมีรายการชิ้นส่วนที่พิมพ์ 3 มิติมากขึ้น”
แม้ว่าอุตสาหกรรมจะพัฒนาไปอย่างไร การศึกษาและการฝึกอบรมอย่างต่อเนื่องก็มีความจำเป็น เพื่อเสริมทักษะที่จำเป็นให้กับแรงงานในการก้าวไปสู่อนาคตของการผลิตอากาศยาน
“เราต้องการเพิ่มการฝึกอบรมโดยทั่วไป ซึ่งจะส่งผลต่อการเพิ่มทักษะด้วย ผมคิดว่าจะต้องมี ‘การจับมือกัน’ ที่เราทุกคนสอนกันและกัน เราต้องลงทุนในมหาวิทยาลัยและบอกว่า ‘เรามองเห็นเทคโนโลยีแห่งอนาคตในเรื่องนี้ เราต้องมีส่วนร่วมในการวิจัยและพัฒนาของคุณ และเราจะสนับสนุนคุณขั้นตอนการวิจัยและพัฒนา ในทางกลับกัน คุณลองดูว่ากำลังเกิดอะไรขึ้นในระดับแนวหน้า’” Morr กล่าว
ด้วยอิทธิพลที่เพิ่มขึ้นของ AI ในอุตสาหกรรม บทบาทของช่างเครื่องก็มีแนวโน้มที่จะเปลี่ยนไปเช่นกัน ตามที่ Morr กล่าว ซึ่งมองเห็นอนาคตที่วิศวกรเครื่องกลและวิศวกรหุ่นยนต์จะกลายเป็นช่างเครื่องรุ่นต่อไป เขาโต้แย้งสิ่งนี้ว่าจะช่วยลดต้นทุนโดยรวมในระยะยาว
แนวโน้มสามด้าน
ผลกำไรทางการเงิน ซึ่งยังคงเป็นแรงผลักดันธุรกิจส่วนใหญ่ในปัจจุบัน จะกลายเป็นเพียงหนึ่งในสามปัจจัยสำคัญในกระบวนการผลิตอากาศยานในอนาคต ตามที่ Mark Walsh กล่าว
“สิ่งที่คุณทำมีผลกระทบต่อเศรษฐกิจ สิ่งแวดล้อมและสังคม นี่เป็นวิธีคิดที่ค่อนข้างใหม่ในแง่ของการผลิต แต่ผมคิดว่ามันเป็นรากฐานของการออกแบบกระบวนการและวัสดุ การพิจารณารูปแบบวงจรของวัสดุใหม่จะกลายเป็นบรรทัดฐาน ช่วยให้สามารถกู้คืน่สภาพเดิม นำกลับมาใช้ใหม่ และรีไซเคิลวัสดุได้มากที่สุดเท่าที่จะทำได้ เพื่อลดของเสียในกระบวนการของเรา”
ยุคใหม่
ความต้องการมีมากขึ้นเรื่อยๆ และอุตสาหกรรมการบินก็มองอนาคตในแง่ดี ตั้งแต่เรื่องวัสดุ และการวิจัยและพัฒนาไปจนถึงการลงทุนและการศึกษา ผู้รับจ้างผลิตและอุตสาหกรรมการผลิตอากาศยานสามารถก้าวไปข้างหน้าได้อย่างมั่นใจ โดยรู้ว่าแม้ซัพพลายเชนจะยังคงเป็นความท้าทาย แต่ก็มีองค์ประกอบที่เหมาะสมที่สะท้อนถึงความมั่นใจนั้น
เรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับวัสดุในอนาคตโดยดาวน์โหลดเอกสารข้อมูลของเรา
