במהלך השנים, חלל הוכח כאחד היישומים הצומחים ביותר להדפסת תלת מימד ברחבי העולם. זנים מרובים, קבוצות קטנות ומבנים מורכבים הם מאפייני המוצר הייחודיים של תעופה וחלל. הצרכים הדחופים לפיתוח קל משקל, בעלות נמוכה ומהירה תואמים מאוד את המאפיינים של הדפסת תלת מימד, כגון דרגת חופש גבוהה ודפוס מהיר. חלק מיצרני המטוסים עשויים אפילו לנצל את זמן ההשבתה הקצר כדי להתאים את המטוסים שלהם, לבנות מלאי דיגיטלי כדי לשמור על מטוסים מזדקנים, ולהשתמש בטכניקות ייצור מתקדמות כדי ליצור את הדור הבא של מטוסים. לדוגמה, המטוס הגדול C919 המיוצר בארץ שלי מתוכנן ומיוצר בניסוי באמצעות יישום של מספר רב של טכנולוגיות הדפסה תלת מימדיות.
בואו נסתכל יותר לעומק מדוע תעשיית התעופה משתמשת בהדפסת תלת מימד ונראה כיצד ניתן להשתמש ביתרונות הנפוצים הללו בייצור מטוסים:
שילוב חלקים
הנקודה החלשה ביותר במכלול חלקים היא המקום בו הוא מורכב. במקרה של מטוס, חולשה כזו עלולה להפוך לנקודת כשל קריטית, ולסכן חיי אדם.
על ידי שילוב רכיבים מרובים של חלק במבנה יחיד מודפס בתלת מימד, מספר נקודות ההרכבה מצטמצם בהכרח. הגיאומטריות הייחודיות המתאפשרות על ידי הדפסת תלת מימד יכולות לצמצם את מה שבדרך כלל יש בו עשרות או מאות חלקים לכמה בלבד - או לחלק בודד. ללא ריתוך, מסמרות או מחברים אחרים הנדרשים כדי להחזיק חלקים יחד, לא רק שההרכבה מצטמצמת אלא גם מפחיתה את נקודות הכשל הפוטנציאליות.
ככל שיותר רכיבים מאוחדים, כך החיסכון גדול יותר. אם חלקים מסוימים קבועים לאחר ההרכבה, זו עשויה להיות הזדמנות לשלב את העיצוב. המורכבות היא לרוב בחינם בייצור תוסף, והחלקים המוצלחים ביותר מנצלים את האקסיומה הזו ככל האפשר. היתרונות של שילוב חלקים כוללים בעיקר את הדברים הבאים:
הרכבה מופחתת: זה כולל הפחתת עבודה, מלאי, ג'יג'ים/כלים וטביעת רגל של ייצור המוקדשת למוצר הסופי. גם בדיקות ההרכבה מצטמצמות, מה שמפחית מאוד את הסיכוי לטעויות בהרכבה.
פחות נקודות כשל: עלויות תחזוקה ארוכות טווח מופחתות וניתן לצמצם מלאי של חלקי חילוף. ניתן לבצע החלפות אצווה קטנות במהירות ובעלות יעילה במידת הצורך.
עלויות תפעול מופחתות: הודות לייצור תוסף, אופטימיזציה של חלקים באמצעות חופש עיצובי משפרת את ביצועי המוצר, ומאפשרת שיפורים כגון הפחתת משקל חלק וביצועים תרמיים טובים יותר.
Lקל משקל
עבור ציוד המשמש בטיסה, "גרמים הם זהב", וכל קילוגרם של ירידה במשקל יכולה לחסוך מאות אלפי יואן בעלויות. רכיבים קלים יותר פירושם פחות דלק, מה שלא רק מפחית את טביעת הרגל הפחמנית של טיסה אלא גם מפחית את עלות הטיסה.
הדפסת תלת מימד ממשיכה לחדש על בסיס חומרי ייצור מסורתיים. באותם חלקים מבניים, נעשה שימוש בניסוחי חומרי הדפסה תלת מימדיים עם ביצועים טובים יותר ליצירת חלקים סופיים קלים יותר. בשילוב עם מבנים קלים כגון שילוב רכיבים, אופטימיזציה של טופולוגיית הדפסת תלת מימד ומבני סריג, זה מועיל במיוחד לתכנון קל משקל של מטוסים, מה שהופך אותו לדחוס יותר מבחינה פונקציונלית.
חופש עיצוב משופר
אנשים רבים שעובדים בייצור תוסף אוהבים לטעון שהטכנולוגיה מציעה "חופש עיצובי" גדול מכיוון שלראשונה ניתן להשיג גיאומטריות מורכבות שלא ניתן לייצר בתהליכי ייצור אחרים.
בעבר, רכיבים בעלי עיצוב מורכב מאוד היו קשים או יקרים מאוד לייצור, או שלא ניתן היה לייצר אותם כלל. באמצעות תהליכי ייצור תוספים, ניתן לייצר חלקי מתכת דו- או תלת-מימדיים מורכבים ביותר בצורה פשוטה יחסית, וזו דרך קיימא ליצור באופן אינטגרלי רכיבים מבניים המורכבים מחלקים מוצקים ורשת.
שיטות עיצוב כגון אופטימיזציה של טופולוגיה ועיצוב גנרטיבי סייעו למעשה בהדפסת תלת מימד לפיתוח צורות חדשות שמעולם לא חשבו עליהן קודם לכן. עיצובי הסריג המורכבים הללו לא רק חוסכים במשקל על ידי שילוב חומר רק במידת הצורך, אלא גם לרוב חזקים יותר מעיצובים מסורתיים. למרות שמגבלות מסוימות עדיין קיימות ועשויות להשתנות בהתאם לטכניקת ההדפסה התלת-ממדית ולחומרים המשמשים, מגבלות אלו הן במובנים רבים הרבה פחות חמורים מאלה הנראות בתהליכי ייצור חיסוריים מסורתיים. ניתן לעצב חלקי מטוסים פנימיים וחיצוניים חדשים כדי להחליף חלקים מקוריים מיושנים, וטריקים עיצוביים גמישים יותר כדי להוסיף פונקציונליות קיצונית.
איטרציה מהירה של אב טיפוס
שם השימוש המקורי בהדפסת תלת מימד הוא יצירת אב טיפוס מהיר. מרעיונות סקיצות לעיצובי CAD ועד לאבות טיפוס ראשונים - אחר כך שני, שלישי וכן הלאה - הדפסת תלת מימד מאיצה את זמן היציאה לשוק של מוצרים חדשים. לוקח בערך חצי שנה מהתכנון לייצור לייצור להבי טורבינה בטכנולוגיה מסורתית, אבל זה לוקח בערך חצי שנה לייצור תבנית. עם זאת, שימוש בטכנולוגיית הדפסת תלת מימד יכול להשיג תפנית ואיטרציה מהירים תוך ימים או שבועות.
ייצור אצווה קטנה
בתעשייה האווירית, מעט יחסית מטוסים מיוצרים במונחים של כלל הייצור בהשוואה לייצור רכב או מכשירי חשמל.
ייצור בעל ערך גבוה בנפח נמוך מתאים היטב להדפסת תלת מימד. בעוד שתהליכי ייצור מסורתיים רבים דורשים יצירת כלי עבודה ותבניות יקרות, יצירת יתרונות לגודל לייצור המוני, ייצור תוסף מבטל את הצורך בתבניות. ניתן ליצור חלק אחד או כמה חתיכות בו-זמנית - כולל עיצובים שונים על אותה לוחית בנייה - ללא עלויות יציקה או כלי עבודה נוספים.
נקודת הפיתול בין ייצור תוסף לייצור מסורתי דורשת בדרך כלל ייצור של מאות או אלפי חלקים עד שהטכנולוגיות המסורתיות הופכות לחסכוניות יותר, ולמרות שזה עשוי בסופו של דבר להפחית את העלות של כל חלק יצוק בהזרקה לפרוטות, זה לא עד לצומת זה. נקודה, הדפסת תלת מימד תהיה חסכונית יותר. במיוחד כאשר משתמשים בחומרי יישום בעלי ערך גבוה, חיסכון בחומר הוא הכרחי.
Dמלאי איגיטלי
כאשר כלי טיס מתקרב לסוף חייו השימושיים, לעתים קרובות ניתן להציל אותו על ידי החלפת חלקים מסוימים כדי לשמור עליו לטוס. הדרך המקובלת לעשות זאת היא באמצעות שימוש במחסנים פיזיים שבהם חלקי חילוף מצוידים על המדפים בעת הצורך. ברוב המקרים, חלקי חילוף אלו מיוצרים במקביל לחלקי ה-OEM המקוריים שיוצרו בסדרה ושמורים לצרכי החלפה של חלקים בלויים. אבל אם הצורך הזה אף פעם לא מתעורר, הם מבזבזים לא רק את הזמן והעלות של ייצורם, אלא שנים שהם יושבים על המדפים. גרוע מכך, אם הביקוש מגיע, חלקי החילוף אזלו מהמלאי, במיוחד אלו שייצרו לנצח - החמצה של אפילו חלק קטן עלולה לקרקע את המטוס.
במקום להציב פריטים פיזית על המדפים, גישת המלאי הדיגיטלי מאחסנת קבצי עיצוב שניתן להדפיס בתלת מימד. את אותם חלקים שצריך להחליף ניתן לייצר בכל מקום ובכל זמן באמצעות טכניקות הדפסה תלת מימדיות מתאימות, שוב ללא צורך בתבניות יקרות או כלי עבודה שייוצרו מראש. במקום לחכות שיצרני OEM יתעכבו, ובכך להפחית את הלחץ על המלאי הפיזי, תוך הארכת חיי הטיסה, כך שהיא לא תוכל לטוס בגלל חלק קטן.
טוס גבוה יותר ויותר עם הדפסת תלת מימד
ייצור מטוסים, מאבות טיפוס ועד חלקי חילוף, נהנה יותר ויותר מהשימוש בהדפסת תלת מימד בשרשרת האספקה. ייצור מבוזר, אפשרויות עיצוב חדשות והפחתת זמן, חומרים ועלויות מספקים דרכים חדשות למטוסים להמשיך לטוס גבוה.
תהליך הייצור בעל הערך המוסף מחליף את הייצור המסורתי, שיכול לחסוך בעלויות עובש ולהשיג הפחתת עלויות והגדלת יעילות בהיבטים רבים. חומרי הדפסה תלת מימדית הם הבסיס החומרי לפיתוח טכנולוגיית הדפסת תלת מימד, ומתכות, קרמיקה וחומרים מרוכבים הם מסלולים מתפתחים בתחום ההדפסה התלת מימדית. על פי נתונים סטטיסטיים של התעשייה שפורסמה על ידי Wohlers Associates Inc, בתעשיות היישומים במורד הזרם של הדפסת תלת מימד, תעשיית הרכב, מוצרי האלקטרוניקה והחלל מהווה את החלק הגדול ביותר, ומתכות, קרמיקה וחומרים מרוכבים יהפכו ל"נקודת המפנה" של חומרים להדפסת תלת מימד.
ברקע של תוכנית "תוצרת סין 2025", הדפסת תלת מימד הפכה לקו העיקרי של הקידום של ארצי של ייצור חכם, ותעופה וחלל הוא אחד מתחומי היישום החשובים של ייצור תוסף. נכון להיום, בתחום התעופה והחלל בארץ ובחו"ל, מטוסים בעלי מספר מאך גבוה ויכולת תמרון גבוהה צצים ללא סוף והופכים לאחת ממגמות הפיתוח העיקריות של הדור הבא של כלי תעופה וחלל. דרישות התכנון שלה מציגות דרישות גבוהות יותר לתהליכי עיצוב וייצור. לרוב הרכיבים יש מאפיינים של גודל גדול, צורה מורכבת ומבנים מרובים. לטכנולוגיית הדפסת תלת מימד יתרונות גדולים בייצור משולב של חלקים בגודל גדול, ייצור חלקי מבנה בעלי צורה מיוחדת ומורכבת, וייצור חלקי מבנה בהתאמה אישית המוני.
JR יכול לספק לך עיצוב, תהליך הדפסה תלת מימדית, עיבוד לאחר, עיבוד CNC ושירותים אחרים. נכון לעכשיו, היא שיתפה פעולה עם מוסדות מחקר מדעיים רבים, אוניברסיטאות וארגונים בתחום יישומי תעופה וחלל, והיא מחויבת לספק פתרון כולל להדפסת תלת מימד עקיפה ממתכת עם ביצועים גבוהים, קל משקל ועדין.