Etter at karbonnøytralitet og karbonnøytralitet først ble skrevet inn i arbeidsrapporten til den kinesiske regjeringen i 2021, har karbonnøytralitet i de pågående to sesjonene igjen blitt et hett diskusjonstema. Global oppvarming har ført til økende klimarisiko, og å oppnå karbonnøytralitet er det mest presserende oppdraget i dagens verden. Å dømme ut fra den totale mengden karbonutslipp på global skala, er flyindustrien faktisk ikke en superstor husholdning av karbonutslipp, men den er definitivt en "vanskelig husholdning" i reduksjon av karbonutslipp. Med økningen i antall fly er det fortsatt en utfordrende oppgave å kontinuerlig utforske og forbedre ulike energisparende og utslippsreduserende midler for å nå det etablerte målet om karbonnøytralitet i romfartsindustrien.
Additiv produksjon muliggjør livssyklus karbonnøytralitet i luftfartsindustrien
Akademiker Lu Bingheng påpekte: "I fremtiden vil Kinas produksjonsindustri bli delt inn i tre deler: materiale, materialreduksjon og materialtilsetning." Spesielt innen luftfart har additiv produksjon unike fordeler som å redusere vekten av fly, danne komplekse deler og realisere komponentintegrasjon, som har vist stor verdi og brede bruksmuligheter. Delene av det innenlandske store passasjerflyet C919 bruker additiv produksjonsteknologi for å behandle den sentrale vingelinjen; Boeing 787 Dreamliner har 30 deler laget av additiv produksjonsteknologi; GEs avanserte flymotor GE9X har mer enn en tredjedel av komponentene. Det gjøres ved additiv produksjon.
Når vi vurderer hele produktlivssyklusen til romfartsproduktdesign og -produksjon, lufttransport, produktvedlikehold og vedlikehold fra et utviklingsperspektiv, bestemmer egenskapene til additiv produksjonsteknologi at den har betydelige fordeler i forhold til tradisjonell produksjon når det gjelder karbonnøytralitet.
Design og produksjon
1. Ingen grunn til å åpne formen, rask iterasjon. Den mest fremtredende fordelen med additiv produksjonsteknologi er at deler av enhver form kan genereres direkte fra datagrafikkdata uten maskinering eller støpeform, noe som i stor grad vil redusere den iterative prosessen, forkorte produktutviklingen og produksjonssyklusen og øke energien i utviklingsprosess. forbruket er betydelig redusert. Professor Wang Huaming ved Beihang University sa en gang at Kina nå kan bruke additiv produksjonsteknologi for å skrive ut cockpitglassvindusrammen til C919-flyet på bare 55 dager, mens et europeisk flyprodusentfirma sa at de vil produsere det samme i minst 2 år. Materialproduksjonsteknologi forkorter produksjonssyklusen og forbedrer effektiviteten.
2. Nettform, høy materialutnyttelsesgrad. En nøkkelmåte som additiv produksjon kan være karbonnøytral er å bruke mindre materiale for hver del, komponent og produkt. Additiv produksjon er en nettoform, som i stor grad reduserer avfallet som genereres i skjære-, fresings- og slipeprosessen til tradisjonell produksjon, og materialutnyttelsesgraden til sluttproduktet er sterkt forbedret. I tillegg, gjennom topologioptimalisering, kan dannelsen av gitterstrukturer, gitterstrukturer, etc., også oppnå formålet med å spare materialer.
3. Funksjonell strukturintegrasjon, reduserer prosessering og monteringsprosedyrer. Additiv teknologi krever ikke tradisjonelle verktøy og inventar og flere behandlingsprosedyrer, og kan raskt og presist produsere deler av en hvilken som helst kompleks form på én enhet, og dermed realisere integreringen av delfunksjoner og strukturer, og redusere prosesseringsprosedyrer og montering betraktelig. prosessen for å oppnå lavkarbonmålet i produksjonsprosessen.
Air frakt
1. Reduser vekten og reduser drivstofforbruket. For flyutstyr er vektreduksjon dets evige tema, og en vektreduksjon på 5 prosent kan spare 20 prosent av drivstofforbruket. Additiv produksjon kan redusere energiforbruket under transport ved å redusere vekten av flykomponenter.
2. Forbedre motorens forbrenningseffektivitet og reduser drivstofforbruket. Inne i motoren fullfører additiv produksjonsteknologi produksjonen av forbrenningskammeret og mange strukturelle elementer, noe som gjør motoren enklere, lettere og mer kompakt, noe som gjør at den kan spare opptil 15 prosent drivstoff ved å forbedre drivstoffeffektiviteten ved design alene.
3. Skriv ut på forespørsel, redusere energisløsing. Produksjon på stedet og print-on-demand reduserer det totale energisvinnet og reduserer karbonfotavtrykket. Miljøkostnader som montering, transport, logistikk, lagring osv. er praktisk talt eliminert, noe som resulterer i forbedret energi- og ressursbruk.
Reparasjon og vedlikehold
1. Resirkulering, grønt og lavkarbon. Additiv produksjon kan realisere gjenbruk av kasserte deler gjennom freseteknologi, og realisere utviklingen av luftfartsindustrien i retning av en sirkulær økonomi. For eksempel er den tekniske ideen til MolyWorks i USA å konvertere metalltrykkavfall til pulver av høy kvalitet. Samtidig har selskapet foreslått forretningsutviklingsmodellen "Mobile Foundry", det vil si at metallavfallet fordøyes og omdannes til pulver av høy kvalitet på stedet.
3. Delvis reparasjon for å unngå skraping av deler. Basert på lag-for-lag produksjonsegenskapene til additiv produksjon, blir bare den skadede delen sett på som et spesielt substrat, og formen på delen kan gjenopprettes ved laser tredimensjonal forming på den skadede delen, og ytelsen kan møtes. kravene til bruk. En god lavkarbonsyklus i produksjonsprosessen for deler er realisert, og sparer energien som forbrukes i produksjonen av nye materialer og deler. For eksempel, for turbinskivedeler, når et blad på skiven er skadet, er det bare nødvendig å bruke additiv produksjonsteknologi for å reparere det skadede bladet for å gjenopprette funksjonen til skiven og unngå skraping av hele turbinskiven.
3. Forbedre ytelsen til deler og øke levetiden. Ved å optimere strukturen til delene kan spenningen til delene fordeles på den mest fornuftige måten, redusere risikoen for utmattingssprekker, og dermed øke levetiden og redusere karbonavtrykket. For eksempel oppfyller landingsutstyret laget av 3D-teknologi på det amerikanske F16-jagerflyet ikke bare bruksstandarden, men har også en gjennomsnittlig levetid på 2,5 ganger så lang som originalen.
Forslag til fremtidig veibeskrivelse
For ytterligere å forbedre additiv produksjons evne til å oppnå karbonnøytralitet i luftfartsindustrien, foreslås følgende utviklingsretninger.
1. Materialmikrostrukturoptimalisering. En profesjonell database etableres gjennom materialgenomet for å realisere intelligent optimalisering av materialvalg. Ved å etablere det iboende forholdet mellom sammensetning, prosess, mikrostruktur og ytelse, utformes mikrostrukturen som oppfyller kravene til karbonnøytralitet i henhold til materialets egenskaper.
2. Strukturell og multidisiplinær topologioptimering. Introduser multi-fysikkdrevet volumdesign, integrer digitalt multi-skala funksjoner og multi-type materialer, opprettholde nødvendige mekaniske egenskaper, og oppnå strukturell funksjon fusjon for å redusere materialforbruk og redusere vekten av komponenter.
3. Kombinasjonen av kunstig intelligens og data tvillingteknologi. Integrer avansert utstyr eller teknologier som prosessovervåking, informasjonsoppfatning, maskinlæring, kunstig intelligens, databaser osv. Integrer det industrielle Internett i en additiv produksjons digital tvilling, slik at data og modeller kan deles og analyseres gjennom skyplattformer, og additivt digitalt økosystem kan forbedres. Additiv produksjon kan spille en nøkkelrolle i å redusere karbon i alle ledd i produksjon av flydeler.