Efter at kulstoftop og kulstofneutralitet først blev skrevet ind i den kinesiske regerings arbejdsrapport i 2021, er kulstofneutralitet i de igangværende to sessioner igen blevet et varmt diskussionsemne. Global opvarmning har ført til stigende klimarisici, og opnåelse af CO2-neutralitet er den mest presserende mission i nutidens verden. At dømme ud fra den samlede mængde af kulstofemissioner på globalt plan er luftfartsindustrien faktisk ikke en superstor husstand af kulstofemissioner, men det er bestemt en "vanskelig husstand" med hensyn til reduktion af kulstofemissioner. Med stigningen i antallet af fly er det stadig en udfordrende opgave løbende at udforske og forbedre forskellige energibesparende og emissionsreducerende midler for at nå det etablerede mål om CO2-neutralitet i luftfartsindustrien.
Additiv fremstilling muliggør livscykluskulstofneutralitet i luftfartsindustrien
Akademiker Lu Bingheng påpegede: "I fremtiden vil Kinas fremstillingsindustri blive opdelt i tre dele: materiale, materialereduktion og materialetilsætning." Især på luftfartsområdet har additiv fremstilling unikke fordele såsom at reducere flyets vægt, danne komplekse dele og realisere komponentintegration, hvilket har vist stor værdi og brede anvendelsesmuligheder. Delene af det indenlandske store passagerfly C919 bruger additiv fremstillingsteknologi til at behandle den centrale vingelinje; Boeing 787 Dreamliner har 30 dele lavet af additiv fremstillingsteknologi; GE's avancerede aero-motor GE9X har mere end en tredjedel af komponenterne. Det sker ved additiv fremstilling.
Når vi betragter hele produktlivscyklussen for luft- og rumfartsproduktdesign og -fremstilling, lufttransport, produktvedligeholdelse og vedligeholdelse fra et udviklingsperspektiv, bestemmer egenskaberne ved additiv fremstillingsteknologi, at den har betydelige fordele i forhold til traditionel fremstilling med hensyn til kulstofneutralitet.
Design og fremstilling
1. Ingen grund til at åbne formen, hurtig iteration. Den mest fremtrædende fordel ved additiv fremstillingsteknologi er, at dele af enhver form kan genereres direkte fra computergrafikdata uden bearbejdning eller støbeform, hvilket i høj grad vil reducere den iterative proces, forkorte produktudviklings- og fremstillingscyklussen og øge energien i udviklingsproces. forbruget er væsentligt reduceret. Professor Wang Huaming fra Beihang University sagde engang, at Kina nu kan bruge additiv fremstillingsteknologi til at printe C919-flyets cockpitglasramme på kun 55 dage, mens en europæisk flyfabrikant sagde, at de vil producere det samme i mindst 2 flere år. Materialefremstillingsteknologi forkorter i høj grad produktionscyklussen og forbedrer effektiviteten.
2. Nettoform, høj materialeudnyttelsesgrad. En vigtig måde, hvorpå additiv fremstilling kan være kulstofneutral, er at bruge mindre materiale til hver del, komponent og produkt. Additiv fremstilling er en nettoform, som i høj grad reducerer affaldet, der genereres i skære-, fræsnings- og slibeprocessen i traditionel fremstilling, og materialeudnyttelsesgraden for det endelige produkt er væsentligt forbedret. Derudover kan dannelsen af gitterstrukturer, gitterstrukturer osv. gennem topologioptimering også opnå formålet med at spare materialer.
3. Funktionel strukturintegration, reducerende forarbejdnings- og monteringsprocedurer. Additiv teknologi kræver ikke traditionelle værktøjer og inventar og flere forarbejdningsprocedurer og kan hurtigt og præcist fremstille dele af enhver kompleks form på én enhed, og derved realisere integrationen af delefunktioner og strukturer og i høj grad reducere behandlingsprocedurer og montering. processen for at nå det lave kulstofmål i fremstillingsprocessen.
Air fragt
1. Reducer vægten og sænk brændstofforbruget. For flyudstyr er vægtreduktion dets evige tema, og en vægtreduktion på 5 procent kan spare 20 procent af brændstofforbruget. Additiv fremstilling kan reducere energiforbruget under transport ved at reducere vægten af flykomponenter.
2. Forbedre motorens forbrændingseffektivitet og reducere brændstofforbruget. Inde i motoren fuldender additiv fremstillingsteknologi fremstillingen af forbrændingskammeret og mange strukturelle elementer, hvilket gør motoren enklere, lettere og mere kompakt, hvilket giver den mulighed for at spare op til 15 procent brændstof ved at forbedre brændstofeffektiviteten alene ved design.
3. Print on demand, hvilket reducerer energispild. On-site og print-on-demand-produktion reducerer det samlede energispild og reducerer CO2-fodaftrykket. Miljøomkostninger såsom montage, transport, logistik, opbevaring osv. elimineres stort set, hvilket resulterer i forbedret energi- og ressourceforbrug.
Reparation og vedligeholdelse
1. Genbrug, grønt og kulstoffattigt. Additiv fremstilling kan realisere genbrug af kasserede dele gennem fræseteknologi og realisere udviklingen af luftfartsfremstillingsindustrien i retning af en cirkulær økonomi. For eksempel er den tekniske idé med MolyWorks i USA at omdanne metaltrykaffald til pulver af høj kvalitet. Samtidig har virksomheden foreslået forretningsudviklingsmodellen "Mobilstøberi", det vil sige, at metalaffaldet fordøjes og omdannes til pulver af høj kvalitet på stedet.
3. Delvis reparation for at undgå, at dele skrottes. Baseret på lag-for-lag fremstillingsegenskaberne ved additiv fremstilling betragtes kun den beskadigede del som et specielt substrat, og delens form kan genoprettes ved laser tredimensionel formning på den beskadigede del, og ydeevnen kan opfyldes kravene til brug. En dydig kulstoffattig cyklus af delefremstillingsprocessen er realiseret, hvilket sparer den energi, der forbruges i produktionen af nye materialer og dele. For eksempel, for turbineskivedele, når en vinge på skiven er beskadiget, er det kun nødvendigt at bruge additiv fremstillingsteknologi til at reparere den beskadigede vinge for at genoprette skivens funktion og undgå skrotning af hele turbineskiven.
3. Forbedre ydeevnen af dele og øge levetiden. Ved at optimere delenes struktur kan delenes spænding fordeles på den mest fornuftige måde, hvorved risikoen for udmattelsesrevner reduceres, hvorved levetiden øges og kulstofaftrykket reduceres. For eksempel opfylder landingsstellet lavet af 3D-teknologi på den amerikanske F16-jager ikke kun brugsstandarden, men har også en gennemsnitlig levetid på 2,5 gange den originale.
Forslag til fremtidige retninger
For yderligere at forbedre additiv fremstillings evne til at opnå kulstofneutralitet i luftfartsindustrien foreslås følgende udviklingsretninger.
1. Materiale mikrostruktur optimering. En professionel database etableres gennem materialegenomet for at realisere intelligent optimering af materialevalg. Ved at etablere det iboende forhold mellem sammensætning, proces, mikrostruktur og ydeevne er den mikrostruktur, der opfylder kravene til kulstofneutralitet, designet i henhold til materialets egenskaber.
2. Strukturel og multidisciplinær topologioptimering. Introducer multi-fysik-drevet volumen design, digitalt integrer multi-skala funktioner og multi-type materialer, opretholde nødvendige mekaniske egenskaber, og opnå strukturel-funktion fusion for at reducere materialeforbrug og reducere vægten af komponenter.
3. Kombinationen af kunstig intelligens og data tvillingteknologi. Integrer avanceret udstyr eller teknologier såsom procesovervågning, informationsopfattelse, maskinlæring, kunstig intelligens, databaser osv. Integrer det industrielle internet i en additiv fremstillings digital tvilling, så data og modeller kan deles og analyseres gennem cloud-platforme, og additivt digitalt økosystem kan forbedres. Additiv fremstilling kan spille en nøglerolle i at reducere kulstof i alle led i fremstilling af flydele.