È il complesso e mutevole insieme di circostanze che i produttori di apparecchiature originali (OEM) aerospaziali, i locatori e le aziende di manutenzione, riparazione e revisione (MRO) devono affrontare attualmente. La produzione additiva avanzata (AM) sta per democratizzare l'MRO aerospaziale in tutta la catena di fornitura, riducendo i costi per le parti consegnate in meno tempo.
Polvere metallica per produzione additiva
Sfide che devono affrontare MRO
L'ambiente aziendale MRO multi-source include OEM di aeromobili e fornitori dedicati di grandi e piccole dimensioni. La maggior parte delle aziende desidera ruoli più ampi e margini più elevati che la sostituzione delle parti richiede attualmente. La sfida è come risolvere al meglio costi elevati, volumi ridotti e programmi di consegna paralizzanti.
La sostituzione degli utensili usurati per le parti fuse di pale, statori, alloggiamenti e altri componenti del motore è problematica. Gli utensili possono costare da decine a centinaia di migliaia di dollari; un processo noioso e impegnativo che coinvolge migliaia di tipi di parti per cicli di prodotto costosi da immagazzinare, da 20 a 50 anni o per tirature di pezzi da uno a 10 componenti alla volta.
Il casting è una tecnologia ad alta intensità di capitale inflessibile per progettare modifiche con tempi di consegna lunghi che costringono scorte elevate a stabilizzare la catena di approvvigionamento. La produzione additiva di materie prime (AM) ha i suoi problemi: calibrare le macchine per la produzione in serie, ottenere una qualità misurabile, rese favorevoli, costo per pezzo accettabile e tempi di risposta ragionevoli attraverso la post-elaborazione. Ma i grandi produttori di MRO che utilizzano l'AM di base hanno le risorse per garantire la certificazione per realizzare parti specifiche, limitate e degne di volo, che a volte costano loro milioni di dollari.
Per raggiungere la domanda di parti aerospaziali ed evitare le carenze di materie prime AM sono necessari sistemi AM avanzati. Le forze e gli eventi si stanno allineando per democratizzare l'AM per OEM e MRO, piccoli e grandi, e rendere la produzione su richiesta di parti veloce, conveniente e prevedibile quasi quanto la lavorazione CNC.
Modifiche alla certificazione del processo AM
Le più grandi aziende nella produzione di aeromobili commerciali hanno sviluppato specifiche interne sui materiali che consentono loro di produrre parti AM certificate per il volo. Per questi primi utilizzatori che hanno speso molto per la caratterizzazione e i test AM, FAA 14 CFR 21.1 consente ai titolari di certificati di tipo di cellula e motore di servire il mercato.
Per altri nel campo MRO, sono state disponibili poche o nessuna specifica o permesso riconosciuto dalla FAA. Il mercato MRO ha incontrato significative sfide di certificazione che frenano l'uso diffuso di AM.
L'accesso a un solido set di dati standardizzato, MMPDS Volume 2 for Additive Materials, consentirà agli MRO di abbracciare l'AM senza compiere sforzi estremi e solitari che richiedono tempi e costi significativi. Lo sviluppo e la standardizzazione delle proprietà dei materiali metallici (MMPDS) è una fonte industriale per i requisiti di progettazione riconosciuti da FAA, DOD e NASA. Fa riferimento a una specifica del materiale, in genere AMS (Aerospace Material Standards), che può essere utilizzata per parti e riparazioni.
Rilevamento delle variazioni nell'altezza dello strato. Le funzionalità di garanzia della qualità nei sistemi AM di nuova generazione tengono traccia se una build mostra segni di sporgenze indesiderate; il superamento della soglia di attenzione avviserà l'utente.
Sostituzione diretta delle parti
L'esigenza più urgente di MRO è la produzione di duplicati di palette dello statore, alloggiamenti dei cuscinetti e altri componenti chiave per mantenere in volo gli aerei esistenti. Mentre AM è riconosciuto per le sue straordinarie capacità di consolidamento delle parti e progettazione di fogli bianchi, è adatto anche per l'economia della sostituzione diretta (esatta) delle parti. Mentre gli aumenti incrementali della capacità di colata possono costare decine di milioni di dollari, la produzione di parti utilizzando AM può avere un costo compreso tra 1 e 2 milioni di dollari per macchina. Inoltre, AM è flessibile nei volumi che è in grado di produrre e negli infiniti tipi di geometrie che possono essere stampate da ogni macchina, a differenza del processo di fusione. AM può anche produrre la stessa parte con migliori qualità del materiale di trazione e una densità maggiore rispetto alle fusioni.
Una serie di macchine AM può affrontare i volumi di produzione completa di un flusso di parti identico, quindi passare all'adempimento dell'inventario quasi su richiesta appropriato per MRO. Oppure possono prototipare concetti dalla progettazione alla produzione per prodotti futuri. Questa alternativa AM flessibile e a basso costo può essere abbinata al portafoglio di fusione e lavorazione esistente di un produttore per migliorare le dinamiche della catena di fornitura. Più veloce, migliore, più agile e meno costoso.
Produzione di additivi metallici a doppio laser
Prestazioni AM avanzate
Sia il casting che l'AM convenzionale hanno dei limiti. Le recenti linee guida sui materiali AM incoraggiano il cambiamento e probabilmente accelerano gli investimenti in nuove soluzioni MRO AM. Advanced AM offre già automazione, monitoraggio della qualità e del processo, lame di rivestimento senza contatto, atmosfere controllate e software per aprire il mercato.
Gli ingegneri esaminano un serbatoio del carburante in titanio stampato su un sistema di produzione additiva Velo3D senza supporti interni. Tali serbatoi/recipienti a pressione sono progettati per l'uso in applicazioni aerospaziali e di difesa.
L'analisi della composizione dell'atmosfera è fondamentale per raggiungere gli standard di qualità aerospaziale. Quando i produttori stampano parti metalliche in un ambiente della camera di costruzione tutt'altro che perfetto ad alte temperature, possono incorporare atomi o molecole indesiderati nell'atmosfera nel materiale mentre si solidifica. L'eccesso di ossigeno nella camera può causare ossidazione e porosità. L'idrogeno può reagire e rendere fragile il metallo finito. Piccole quantità di umidità si ionizzeranno sotto il laser, compromettendo potenzialmente la qualità del pezzo. I migliori sviluppatori AM hanno preso in prestito strategie di controllo dell'atmosfera dall'industria dei microchip per garantire qualità e libertà di progettazione.
L'altezza corretta del letto di polvere è fondamentale per garantire che AM possa realizzare parti aerospaziali precedentemente fuse. Durante una costruzione, è essenziale mantenere la corretta altezza del letto di polvere senza creste, onde o variazioni. Il letto di polvere è la materia prima nel processo di saldatura e una materia prima costante è fondamentale per la qualità. Nella merce AM, le protuberanze di metallo solido nel letto di polvere rappresentano il problema più frequente in quanto le spazzole funzionano come un tergicristallo. I sistemi AM di nuova generazione offrono un braccio di rivestimento senza contatto e una metrologia integrata, in modo che la topologia del letto di polvere venga costantemente misurata quantitativamente e monitorata per eventuali incoerenze. Questo è un altro esempio in cui AM supera i controlli di processo dei processi di produzione tradizionali.
Le opzioni per affrontare le sfide produttive ed economiche intrecciate affrontate dagli OEM aerospaziali e dai servizi di sostituzione delle parti MRO si stanno espandendo. La frustrazione per i lenti progressi nell'AM non è più giustificata. I produttori a contratto nel settore aerospaziale con AM avanzato sono pronti a produrre pezzi di ricambio di qualità uguale o migliore rispetto agli originali fusi secondo necessità, in volumi ridotti e a costi inferiori.
Questo articolo è stato originariamente pubblicato su https://www.aerospacemanufacturinganddesign.com
