לאחר ששיאי פחמן וניטרליות פחמן נכתבו לראשונה בדוח העבודה של ממשלת סין בשנת 2021, נייטרליות הפחמן בשני המפגשים המתמשכים הפכה שוב לנושא חם לדיון. ההתחממות הגלובלית הובילה להגברת סיכוני האקלים, והשגת ניטרליות פחמן היא המשימה הדחופה ביותר בעולם של היום. אם לשפוט לפי הכמות הכוללת של פליטת פחמן בקנה מידה עולמי, תעשיית התעופה היא למעשה לא משק בית סופר גדול של פליטת פחמן, אבל היא בהחלט "משק בית קשה" בהפחתת פליטת פחמן. עם הגידול במספר המטוסים, זו עדיין משימה מאתגרת לחקור ולשפר באופן מתמיד אמצעים שונים לחיסכון באנרגיה והפחתת פליטות כדי להשיג את המטרה שנקבעה של ניטרליות פחמן בתעשייה האווירית.
ייצור תוסף מאפשר ניטרליות פחמן במחזור החיים בתעשיית התעופה
האקדמאי לו בינגנג ציין: "בעתיד, תעשיית הייצור של סין תתחלק לשלושה חלקים: חומר, הפחתת חומר ותוספת חומר." במיוחד בתחום התעופה, לייצור תוסף יתרונות ייחודיים כמו הפחתת משקל המטוס, יצירת חלקים מורכבים ומימוש שילוב רכיבים, מה שהראה ערך רב ואפשרויות יישום רחבות. החלקים של מטוס הנוסעים המקומי הגדול C919 משתמשים בטכנולוגיית ייצור תוסף לעיבוד קו הכנף המרכזי; למטוס הבואינג 787 דרימליינר יש 30 חלקים המיוצרים בטכנולוגיית ייצור תוסף; מנוע האוויר המתקדם של GE9X של GE מכיל יותר משליש מהרכיבים. זה נעשה על ידי ייצור תוסף.
כאשר אנו בוחנים את כל מחזור החיים של המוצר של עיצוב וייצור מוצרי תעופה וחלל, הובלה אווירית, תחזוקת מוצרים ותחזוקה מנקודת מבט התפתחותית, המאפיינים של טכנולוגיית ייצור תוסף קובעים שיש לה יתרונות ניכרים על פני ייצור מסורתי במונחים של ניטרליות פחמן.
עיצוב וייצור
1. אין צורך לפתוח תבנית, איטרציה מהירה. היתרון הבולט ביותר של טכנולוגיית ייצור תוסף הוא שניתן לייצר חלקים מכל צורה באופן ישיר מנתוני גרפיקה ממוחשבת ללא עיבוד שבבי או כל עובש, מה שיפחית מאוד את התהליך האיטרטיבי, יקצר את מחזור הפיתוח והייצור של המוצר ויגדיל את האנרגיה ב- תהליך פיתוח. הצריכה מופחתת באופן משמעותי. פרופסור וואנג הואמינג מאוניברסיטת בייהאנג אמר פעם שסין יכולה כעת להשתמש בטכנולוגיית ייצור תוספים כדי להדפיס את מסגרת חלון הזכוכית של תא הטייס של מטוס ה-C919 תוך 55 ימים בלבד, בעוד שחברה אירופית לייצור מטוסים אמרה שהם ייצרו את אותו הדבר למשך 2 לפחות שנים. טכנולוגיית ייצור החומר מקצרת מאוד את מחזור הייצור ומשפרת את היעילות.
2. צורה נטו, שיעור ניצול חומרים גבוה. דרך מפתח שבה ייצור תוסף יכול להיות פחמן ניטרלי היא להשתמש בפחות חומר עבור כל חלק, רכיב ומוצר. ייצור תוסף הוא צורה נטו, המפחיתה מאוד את הפסולת הנוצרת בתהליך החיתוך, הכרסום והטחינה של ייצור מסורתי, וקצב ניצול החומרים של המוצר הסופי משתפר מאוד. בנוסף, באמצעות אופטימיזציה של טופולוגיה, היווצרות מבני סריג, מבני סריג וכו' יכולה להשיג גם את המטרה של חיסכון בחומרים.
3. שילוב מבנה פונקציונלי, צמצום הליכי עיבוד והרכבה. הטכנולוגיה הנוספת אינה דורשת כלים ומתקנים מסורתיים והליכי עיבוד מרובים, והיא יכולה לייצר במהירות ובדייקנות חלקים מכל צורה מורכבת במכשיר אחד, ובכך לממש את השילוב של פונקציות ומבנים של חלקים, ולצמצם מאוד את הליכי העיבוד וההרכבה. התהליך להשגת יעד הפחמן הנמוך של תהליך הייצור.
Aמשא
1. הפחת משקל והפחתת צריכת דלק. עבור ציוד תעופה, הפחתת משקל היא הנושא הנצחי שלו, והפחתה של 5 אחוזים במשקל יכולה לחסוך 20 אחוז מצריכת הדלק. ייצור תוסף יכול להפחית את צריכת האנרגיה במהלך הובלה על ידי הפחתת משקל רכיבי המטוס.
2. לשפר את יעילות הבעירה של המנוע ולהפחית את צריכת הדלק. בתוך המנוע, טכנולוגיית ייצור תוסף משלימה את ייצור תא הבעירה ואלמנטים מבניים רבים, מה שהופך את המנוע לפשוט יותר, קל וקומפקטי יותר, מה שמאפשר לו לחסוך עד 15 אחוז מהדלק על ידי שיפור יעילות הדלק בתכנון בלבד.
3. הדפס לפי דרישה, הפחתת בזבוז אנרגיה. ייצור באתר והדפסה לפי דרישה מפחית את בזבוז האנרגיה הכולל ומפחית את טביעת הרגל הפחמנית. עלויות סביבתיות כגון הרכבה, הובלה, לוגיסטיקה, אחסון וכו' מבוטלות למעשה, מה שמביא לשיפור בשימוש באנרגיה ובמשאבים.
תיקון ותחזוקה
1. מיחזור, ירוק ודל פחמן. ייצור תוסף יכול לממש שימוש חוזר בחלקים שנזרקו באמצעות טכנולוגיית כרסום, ולממש את התפתחות תעשיית הייצור האווירית לכיוון של כלכלה מעגלית. לדוגמה, הרעיון הטכני של MolyWorks בארצות הברית הוא להמיר פסולת דפוס מתכת לאבקה איכותית. במקביל, החברה הציעה את מודל הפיתוח העסקי של "Mobile Foundry", כלומר פסולת המתכת מתעכלת והופכת לאבקה איכותית במקום.
3. תיקון חלקי כדי למנוע גריטת חלקים. בהתבסס על מאפייני ייצור שכבה אחר שכבה של ייצור תוסף, רק החלק הפגוע נחשב כמצע מיוחד, וניתן לשחזר את צורת החלק על ידי יצירת תלת מימד בלייזר על החלק הפגוע, והביצועים יכולים לעמוד דרישות השימוש. מתממש מחזור דל פחמן מוצלח של תהליך ייצור החלקים, החוסך את האנרגיה הנצרכת בייצור של חומרים וחלקים חדשים. לדוגמה, עבור חלקי דיסק טורבינה, כאשר להב בדיסק פגום, יש צורך להשתמש רק בטכנולוגיית ייצור תוסף כדי לתקן את הלהב הפגוע כדי לשחזר את תפקוד הדיסק ולהימנע מגריטה של כל דיסק הטורבינה.
3. שפר את הביצועים של חלקים והגדל את חיי השירות. על ידי אופטימיזציה של מבנה החלקים, ניתן לפזר את הלחץ של החלקים בצורה הסבירה ביותר, להפחית את הסיכון לסדקי עייפות, ובכך להגדיל את חיי השירות ולהפחית את טביעת הרגל הפחמנית. לדוגמה, גלגלי הנחיתה המיוצרים בטכנולוגיית תלת מימד במטוס הקרב האמריקאי F16 לא רק עומדים בסטנדרט השימוש אלא גם בעל תוחלת חיים ממוצעת של פי 2.5 מזה של המקור.
הצעות לכיוונים עתידיים
על מנת לשפר עוד יותר את היכולת של ייצור תוסף להשיג ניטרליות פחמן בתעשיית התעופה, מוצעים כיווני הפיתוח הבאים.
1. אופטימיזציה של מיקרו-מבנה חומרים. מסד נתונים מקצועי הוקם באמצעות הגנום החומרי למימוש אופטימיזציה חכמה של בחירת החומר. על ידי ביסוס הקשר המהותי בין הרכב, תהליך, מיקרו-מבנה וביצועים, המיקרו-מבנה העומד בדרישות ניטרליות הפחמן מתוכנן בהתאם לתכונות החומר.
2. ייעול טופולוגיה מבנית ורב תחומית. הצג עיצוב נפח מונע מרובה-פיזיקה, שילוב דיגיטלי של תכונות מרובות קנה מידה וחומרים מרובים מסוגים, שמירה על תכונות מכניות נחוצות, והשגת היתוך של פונקציות מבניות כדי להפחית את צריכת החומר ולהפחית את משקל הרכיבים.
3. השילוב של בינה מלאכותית וטכנולוגיית תאום נתונים. שלב ציוד או טכנולוגיות מתקדמים כגון ניטור תהליכים, תפיסת מידע, למידת מכונה, בינה מלאכותית, מסדי נתונים וכו'. שלב את האינטרנט התעשייתי לתוך תאום דיגיטלי ייצור נוסף, כך שניתן יהיה לשתף ולנתח נתונים ומודלים באמצעות פלטפורמות ענן, וכן ניתן לשפר את המערכת האקולוגית הדיגיטלית. ייצור תוסף יכול למלא תפקיד מפתח בהפחתת הפחמן בכל חוליה של ייצור חלקי מטוסים.