Setelah carbon peaking dan carbon neutrality pertama kali dituliskan dalam laporan kerja pemerintah China pada tahun 2021, carbon neutrality dalam dua sesi yang sedang berlangsung kembali menjadi topik perbincangan hangat. Pemanasan global telah menyebabkan meningkatnya risiko iklim, dan mencapai netralitas karbon adalah misi paling mendesak di dunia saat ini. Dilihat dari jumlah total emisi karbon dalam skala global, industri penerbangan sebenarnya bukanlah rumah tangga emisi karbon yang super besar, tetapi jelas merupakan "rumah tangga yang sulit" dalam pengurangan emisi karbon. Dengan peningkatan jumlah pesawat, masih merupakan tugas yang menantang untuk terus mengeksplorasi dan meningkatkan berbagai cara hemat energi dan pengurangan emisi untuk mencapai tujuan netralitas karbon yang ditetapkan dalam industri kedirgantaraan.
Manufaktur Aditif Memungkinkan Siklus Hidup Netralitas Karbon di Industri Penerbangan
Akademisi Lu Bingheng menunjukkan: "Di masa depan, industri manufaktur China akan dibagi menjadi tiga bagian: material, pengurangan material, dan penambahan material." Khusus di bidang penerbangan, manufaktur aditif memiliki keunggulan unik seperti mengurangi bobot pesawat, membentuk bagian yang kompleks, dan mewujudkan integrasi komponen, yang telah menunjukkan nilai besar dan prospek aplikasi yang luas. Bagian-bagian dari pesawat penumpang besar domestik C919 menggunakan teknologi manufaktur aditif untuk memproses garis sayap tengah; Boeing 787 Dreamliner memiliki 30 bagian yang dibuat dengan teknologi manufaktur aditif; Mesin aero canggih GE GE9X memiliki lebih dari sepertiga komponen. Hal ini dilakukan dengan manufaktur aditif.
Ketika kita mempertimbangkan seluruh siklus hidup produk desain dan manufaktur produk kedirgantaraan, transportasi udara, pemeliharaan produk, dan pemeliharaan dari perspektif perkembangan, karakteristik teknologi manufaktur aditif menentukan bahwa ia memiliki keunggulan yang cukup besar dibandingkan manufaktur tradisional dalam hal netralitas karbon.
Desain dan pembuatan
1. Tidak perlu membuka cetakan, iterasi cepat. Keuntungan paling menonjol dari teknologi manufaktur aditif adalah bahwa bagian dari bentuk apa pun dapat langsung dihasilkan dari data grafik komputer tanpa pemesinan atau cetakan apa pun, yang akan sangat mengurangi proses berulang, mempersingkat pengembangan produk dan siklus manufaktur, dan meningkatkan energi dalam proses pengembangan. konsumsi berkurang secara signifikan. Profesor Wang Huaming dari Universitas Beihang pernah mengatakan bahwa China sekarang dapat menggunakan teknologi manufaktur aditif untuk mencetak bingkai jendela kaca kokpit pesawat C919 hanya dalam 55 hari, sementara perusahaan manufaktur pesawat Eropa mengatakan bahwa mereka akan memproduksi hal yang sama setidaknya selama 2 hari. bertahun-tahun. Teknologi manufaktur material sangat mempersingkat siklus produksi dan meningkatkan efisiensi.
2. Bentuk bersih, tingkat pemanfaatan material yang tinggi. Cara utama agar manufaktur aditif dapat menjadi netral karbon adalah dengan menggunakan lebih sedikit bahan untuk setiap bagian, komponen, dan produk. Manufaktur aditif adalah bentuk bersih, yang sangat mengurangi limbah yang dihasilkan dalam proses pemotongan, penggilingan, dan penggilingan manufaktur tradisional, dan tingkat pemanfaatan bahan dari produk akhir sangat meningkat. Selain itu, melalui optimasi topologi, pembentukan struktur kisi, struktur kisi, dll., Juga dapat mencapai tujuan penghematan bahan.
3. Integrasi struktur fungsional, mengurangi prosedur pemrosesan dan perakitan. Teknologi aditif tidak memerlukan alat dan perlengkapan tradisional dan beberapa prosedur pemrosesan, dan dapat dengan cepat dan tepat membuat bagian dari bentuk kompleks apa pun pada satu perangkat, sehingga mewujudkan integrasi fungsi dan struktur bagian, dan sangat mengurangi prosedur pemrosesan dan perakitan. proses untuk mencapai tujuan rendah karbon dari proses manufaktur.
Aangkutan ir
1. Kurangi bobot dan kurangi konsumsi bahan bakar. Untuk peralatan penerbangan, pengurangan berat adalah tema abadi, dan pengurangan berat 5 persen dapat menghemat 20 persen konsumsi bahan bakar. Manufaktur aditif dapat mengurangi konsumsi energi selama transportasi dengan mengurangi berat komponen pesawat.
2. Meningkatkan efisiensi pembakaran mesin dan mengurangi konsumsi bahan bakar. Di dalam mesin, teknologi manufaktur aditif melengkapi pembuatan ruang bakar dan banyak elemen struktural, yang membuat mesin lebih sederhana, lebih ringan, dan lebih kompak, yang memungkinkannya menghemat bahan bakar hingga 15 persen dengan meningkatkan efisiensi bahan bakar dengan desain saja.
3. Cetak sesuai permintaan, mengurangi pemborosan energi. Manufaktur di tempat dan cetak sesuai permintaan mengurangi pemborosan energi secara keseluruhan dan mengurangi jejak karbon. Biaya lingkungan seperti perakitan, transportasi, logistik, penyimpanan, dll. secara virtual dihilangkan, menghasilkan peningkatan penggunaan energi dan sumber daya.
Perbaikan dan pemeliharaan
1. Daur ulang, hijau dan rendah karbon. Manufaktur aditif dapat mewujudkan penggunaan kembali suku cadang yang dibuang melalui teknologi penggilingan, dan mewujudkan pengembangan industri manufaktur penerbangan ke arah ekonomi sirkular. Misalnya, ide teknis MolyWorks di Amerika Serikat adalah mengubah limbah pencetakan logam menjadi bubuk berkualitas tinggi. Pada saat yang sama, perusahaan telah mengusulkan model pengembangan bisnis "Mobile Foundry", yaitu limbah logam dicerna dan diubah menjadi bubuk berkualitas tinggi di tempat.
3. Perbaikan sebagian untuk menghindari bagian yang tergores. Berdasarkan karakteristik manufaktur lapis demi lapis dari manufaktur aditif, hanya bagian yang rusak yang dianggap sebagai substrat khusus, dan bentuk bagian tersebut dapat dipulihkan dengan pembentukan tiga dimensi laser pada bagian yang rusak, dan kinerjanya dapat memenuhi persyaratan penggunaan. Siklus rendah karbon yang baik dari proses pembuatan suku cadang diwujudkan, menghemat energi yang dikonsumsi dalam produksi bahan dan suku cadang baru. Misalnya, untuk bagian piringan turbin, ketika sudu pada piringan rusak, hanya perlu menggunakan teknologi manufaktur aditif untuk memperbaiki sudu yang rusak untuk mengembalikan fungsi piringan dan menghindari tergoresnya seluruh piringan turbin.
3. Meningkatkan kinerja suku cadang dan meningkatkan masa pakai. Dengan mengoptimalkan struktur suku cadang, tegangan suku cadang dapat didistribusikan dengan cara yang paling masuk akal, mengurangi risiko retak lelah, sehingga meningkatkan masa pakai dan mengurangi jejak karbon. Sebagai contoh, landing gear yang dibuat dengan teknologi 3D pada pesawat tempur F16 Amerika tidak hanya memenuhi standar penggunaan tetapi juga memiliki umur rata-rata 2,5 kali lipat dari aslinya.
Saran untuk arah masa depan
Untuk lebih meningkatkan kemampuan manufaktur aditif untuk mencapai netralitas karbon dalam industri penerbangan, arah pengembangan berikut diusulkan.
1. Optimalisasi struktur mikro material. Basis data profesional dibuat melalui genom material untuk mewujudkan optimalisasi cerdas pemilihan material. Dengan membangun hubungan intrinsik antara komposisi, proses, struktur mikro, dan kinerja, struktur mikro yang memenuhi persyaratan netralitas karbon dirancang sesuai dengan sifat material.
2. Optimasi topologi struktural dan multidisiplin. Memperkenalkan desain volume yang digerakkan oleh multi-fisika, secara digital mengintegrasikan fitur multi-skala dan material multi-jenis, mempertahankan sifat mekanik yang diperlukan, dan mencapai fusi fungsi struktural untuk mengurangi konsumsi material dan mengurangi berat komponen.
3. Kombinasi kecerdasan buatan dan teknologi kembar data. Mengintegrasikan peralatan atau teknologi canggih seperti pemantauan proses, persepsi informasi, pembelajaran mesin, kecerdasan buatan, database, dll. Mengintegrasikan Internet industri menjadi kembaran digital manufaktur aditif, sehingga data dan model dapat dibagikan dan dianalisis melalui platform cloud, dan ekosistem digital aditif dapat ditingkatkan. Manufaktur aditif dapat memainkan peran kunci dalam mengurangi karbon di setiap mata rantai manufaktur suku cadang pesawat.