Á undanförnum árum hefur heimur geimferða – þar á meðal atvinnuflugvélar og herflugvélar, gervitungl, geimför, drónar og ómannað flugfarartæki – tekið miklum breytingum. Sífellt fleiri fyrirtæki bætast í geimkapphlaupið, sem mörg hver krefjast nýstárlegrar framleiðslutækni.
Aftur á móti hafa áhrif ferðatakmarkana á atvinnuflug af völdum nýja krúnufaraldursins valdið því að framleiðsluhraði borgaralegra flugvéla hefur lækkað um þriðjung.
Árið 2019 var Evrópa meðal leiðandi í heiminum í framleiðslu borgaralegra flugvéla og þyrla, þar á meðal ýmissa íhluta og flugvélahreyfla, sem studdi um 400,000 störf og skilaði 130 milljörðum evra í tekjur. Þó að geimkönnun og varnir hafi verið að mestu óáreittir af heimsfaraldrinum, er framleiðsla borgaralegra flugvéla enn að jafna sig.
Í „Uncertainty in Commercial Aerospace“ (Uncertainty in Commercial Aerospace), sem birt var í febrúar 2023, greindi McKinsey, vel þekkt ráðgjafa- og rannsóknarfyrirtæki, frá því að heimurinn þurfi að melta smíði 9.400 farþegaflugvéla (aðallega þröngþotur) ) fyrir árslok 2027. flugvélar) backlog. En það er óvissa um framtíðarvöxt flugfarþegaflutninga, heilsu aðfangakeðja og vinnuafls. Þar af leiðandi þurfa framleiðendur að auka framleiðsluhagkvæmni og sveigjanleika til að takast á við eftirspurn og bregðast við breytingum á eftirspurn í framtíðinni.
Hæfni leysirvinnslu til að auka framleiðni og halda kostnaði lágum getur gegnt lykilhlutverki í því að gera þessi viðbrögð geimferðaiðnaðarins kleift. Laservinnsla - aðgerðir í formi skurðar, suðu, pústunar og borunar - er orðinn óaðskiljanlegur hluti af flugvélaframleiðslu.
Til dæmis eru leysir notaðir til að búa til flipa fyrir vængi flugvéla, vængjafestingar, þotuhreyflahluti og sætishluta og eru einnig notaðir til að gera við hverfla, hreinsa eða fjarlægja málningu af hlutum og undirbúa hluta fyrir frekari vinnslu. hluta yfirborðs. Á undanförnum árum hefur laseraukefnisframleiðsla (AM) einnig vaxið í vinsældum í geimflugi. Að auki vonast markaðurinn til að bæta rekjanleika loftrýmisíhluta og kröfur um leysimerkingar aukast einnig.
Laserskurður og suðu
Laserskurður er fljótlegt, hagkvæmt og nákvæmt ferli sem notað er til að mæta krefjandi framleiðslukröfum fluggeirans.
Í samanburði við hefðbundna vinnslu hefur leysiskurður mikla nákvæmni, minni efnisúrgang, hraðan vinnsluhraða, litlum tilkostnaði og minna viðhaldi búnaðar. Að auki hámarkar það framleiðni þar sem það gerir allar nauðsynlegar breytingar á vinnslu á fljótlegan og auðveldan hátt.
Hægt er að nota leysigeisla til að framleiða vængfestingarhluta, keðjuhluta, endaáhrifahluta, verkfærahluta og fleira. Það er jafn hentugur fyrir litla íhluti eins og ágræddar olíuþéttingar og títanútblástursrásargreinir, sem og stærri íhluti eins og útblásturskeilur. Það getur unnið mikið úrval af geimferðaefnum, þar á meðal ál, Hastelloy (nikkel sem hefur verið blandað með frumefnum eins og mólýbdeni og króm), Inconel, Nitinol, Nitinol, ryðfríu stáli, tantal og títan.
Lasersuðu er einnig notuð í geimferðum sem valkostur við hefðbundnar sameiningaraðferðir eins og límbinding og vélrænni festingu. Sem dæmi má nefna að notkun á leysisuðu á léttum álblöndur og koltrefjastyrktum fjölliðum (CFRP) í flugvélasmíði er að öðlast mikla athygli og er notuð til að skipta um hnoð þar sem hægt er. Aðferðir eins og laservefnaðarsuðu hafa einnig skilað góðum árangri við að tengja eldsneytistanka, bæta skilvirkni og styrk liða, draga úr endurvinnslu og spara mikla peninga. Önnur suðuárangur í geimferðum er að tengja steypta kjarna túrbínublaðs við hlífðarplötuna; og búa til nýja tegund af léttum vængjaflipa sem eykur lagskiptaflæðisstýringu, lágmarkar viðnám og hámarkar eldsneytisnýtingu.
Lasersuðu hefur tilhneigingu til að spara kostnað, draga úr þyngd íhluta og bæta suðugæði miðað við hefðbundnar aðferðir og nokkrir framleiðendur eru nú að íhuga leysisuðu til framleiðslu á flugskrammahlutum.
Laser hreinsun
Framleiðendur í geimferðageiranum nota laserhreinsun til að fjarlægja málmlög og samsett yfirborð í undirbúningi fyrir vinnslu, til að fjarlægja húðun eða tæringu og til að fjarlægja málningu af stórum íhlutum eða heilum flugvélum fyrir endurmálun.
Meðan á hreinsunarferlinu stendur, frásogast leysirinn og gufar upp af málmyfirborðinu, þannig að yfirborðsefnið er fjarlægt, en hefur lítil áhrif á innra lagsefnið og veldur ekki tilfallandi hitaskemmdum á íhlutunum. Pulsaðir trefjaleysir í kílóvattaflokknum henta sérstaklega vel fyrir hraða leysihreinsun - þeir gera skilvirka, hárnákvæma hreinsun á margs konar efnum, þar með talið keramik, samsett efni, málma og plast.
Á undanförnum árum hefur notkun samsettra efna í flugvélum aukist og einnig þörfin á að sameina málma við samsett efni. Í flugvélaframleiðslu er hægt að nota lím til að sameina þessi tvö ólíku efni. Til að skapa sterka tengingu þarf að undirbúa yfirborðið tvö vandlega áður en límið er sett á.
Laserhreinsun er tilvalin vegna þess að hún skapar mjög þétt stjórnað, endurgeranlegt yfirborðsáferð sem gerir stöðuga, fyrirsjáanlega tengingu kleift. Hefð er fyrir því að þetta væri gert með eyðileggjandi sprengingartækni eða notkun nokkurra efna. Hins vegar býður leysirhreinsun nú upp á einn þrepa aðferð sem er ekki aðeins hagkvæmari og afkastameiri heldur hefur einnig minni umhverfisáhrif þar sem engin eitruð efni eða sprengiefni eru nauðsynleg. Laserhreinsun er líka mun mildari á hlutum en hefðbundnar aðferðir.
Laserhreinsun málm- og samsettra flugvélahlutaer líka hagstæðara en efnahreinsun eða sprengingaraðferðir þegar kemur að málningarhreinsun. Meðan á notkunartíma hennar stendur getur verið að flugvél verði endurmálað 4-5 sinnum og það getur tekið viku eða lengur að fjarlægja málninguna af allri flugvélinni með hefðbundinni tækni. Aftur á móti getur leysirhreinsun stytt þennan tíma niður í 3-4 daga, allt eftir stærð flugvélarinnar, og það gerir hluti aðgengilegri fyrir starfsmenn. Ennfremur, þegar það er notað til að fjarlægja málningu frekar en að efnahreinsa eða sprengja, býður leysirhreinsun verulegan kostnaðarsparnað - þúsundir punda á flugvél, þar sem hættulegur úrgangur minnkar um 90 prósent eða meira og kröfur um meðhöndlun efnis eru minnkaðar.
Laser peening/laser shock peening
Álag í málmíhlutum getur leitt til málmþreytubilunar í flugvélaíhlutum eins og viftublöðum í þotuhreyflum, sem getur valdið skemmdum eða meiðslum. Hægt er að draga úr þessu með tækni sem kallast laserpeening.
Í þessu ferli er púlsum af leysiljósi beint inn á svæði með mikilli streitustyrk og hver púls kveikir í örlítilli sprengingu af plasma milli yfirborðs íhlutarins og lags af vatni sem úðað er ofan á. Vatnslagið takmarkar sprenginguna, sem veldur því að höggbylgjan kemst í gegnum íhlutinn og myndar þrýstispennu eftir því sem útbreiðslusvæði hans stækkar. Þessar spennur vinna gegn sprungum og annars konar málmþreytu. Í samanburði við hefðbundna ferla getur laserstyrking lengt endingartíma málmhluta um 10-15 sinnum.
Laser peening er í auknum mæli notað í geimferðaiðnaðinum. Sem dæmi má nefna að LSP Technologies og Airbus hafa í sameiningu þróað færanlegt leysislitkerfi sem nýlega var prófað og metið í viðhalds- og viðgerðarstöð Airbus í Toulouse í Frakklandi.
Leopard leysislitunarkerfið mun lengja þreytulífið með því að hindra upphaf og útbreiðslu sprungna af völdum hringlaga titringsálags. Sveigjanleiki ljósleiðaragjafar og sérsniðin verkfæri gera kerfinu kleift að leysir upp svæði sem erfitt er fyrir flugvélar að ná til. Að sögn samstarfsaðilanna er kerfið bylting í leysistyrkingartækni sem mun auka notkun þess, þar á meðal lengja endingu þotuhreyflablaða og fleira.
Fleet Readiness Center East (FRCE) bandaríska sjóhersins lauk einnig nýlega við löggildingu á leysistuðsflögunarferli sem hefur verið notað með góðum árangri á F-35B Lightning II flugvélinni. FRCE notaði ferlið til að styrkja grind F-35B Lightning II án þess að bæta við viðbótarefni eða þyngd sem annars myndi takmarka eldsneytis- eða vopnaburðargetu þess. Þetta hjálpar til við að lengja lífslíkur fimmtu kynslóðar orrustuþotna, skammflugs- og lendingarafbrigðin sem US Marine Corps notar.
Laser borun
Nútíma flugvélar eru með um 500,000 holur, um það bil 100 sinnum fleiri en vélar sem smíðaðar voru á níunda áratugnum. Á sama tíma framleiða flugvélaframleiðendur aukinn fjölda annarra íhluta sem eru með fjölda boraðra hola til að hnoða og skrúfa. Þess vegna, á sviði geimferða, hefur leysiborun mikla markaðsmöguleika vegna þess að það veitir nákvæmt, endurtekið, hratt og hagkvæmt ferli.
Til dæmis er verið að þróa ný aflmikil femtósekúndu leysikerfi fyrir skilvirka og nákvæma örborun á stórum títan HLFC (Hybrid Laminar Flow Control) spjöldum sem á að festa á vængi eða empennage sveiflujöfnun. Þessar spjöld draga loft í gegnum lítil göt, sem dregur úr núningsþoli og dregur úr eldsneytisnotkun.
Þar sem laserborun er snertilaus þarf ekki að festa efnið sem unnið er með á sama hátt og með hefðbundnum verkfærum. Annar kostur við að vera snertilaus er skortur á sliti á verkfærum, sem táknar sérstakan kost í borunaraðgerðum fyrir CFRP íhluti. Vegna hörku þess geta CFRP íhlutir verið mjög slípiefni fyrir hefðbundin verkfæri. Laserborun er einnig hægt að framkvæma á mjög miklum hraða þannig að of mikið tjón af völdum hita skaði ekki efnið sem unnið er.
Aviðbótarframleiðsla
Laser additive manufacturing (AM) hefur einnig verið hratt þróuð í geimferðaiðnaðinum. Í þessari tækni bræða leysir röð af duftlögum til að búa til form. Eldflaugafyrirtæki í Kaliforníu pantaði nýlega tvo 12-leysigeisla þrívíddarprentara til að gera geimferðir sínar hagkvæmari og skilvirkari með því að búa til léttari, hraðari og sterkari geimhluta.
Þó að mörg verkefni séu enn í prófunarfasa hefur framleiðsla leysiefna þegar verið notuð með góðum árangri í tveimur ferðum til Mars. Curiosity flakkari NASA, sem lenti í ágúst 2012, var fyrsta leiðangurinn til að koma þrívíddarprentuðum hlutum til Mars. Þetta er keramikhluti inni í Sample Analysis at Mars (SAM) tækinu, hluti af áframhaldandi prófunaráætlun til að kanna áreiðanleika aukefnaframleiðslutækni.
Á sama tíma inniheldur Perseverance flakkari NASA, sem lenti á Mars í febrúar 2021, 11 málmhlutar sem voru framleiddir í viðbót með leysigeislum. Fimm af þessum íhlutum eru í Perseverance's Planetary Instrument for X-ray Lithochemistry (PIXL), sem leitar að merkjum um steingervinga lífveru á Mars. Þessir hlutar þurfa að vera svo léttir að hefðbundin tækni eins og mótun, mótun og skurður getur ekki framleitt þá.
NASA hefur einnig verið að gera tilraunir með framleiðslu á leysir íhlutum eldflauga. Í einni rannsókn var brunahólf eldflaugahreyfils búið til úr koparblendi. Áframhaldandi þróun þessarar laseraukefnaframleiðslu hefur leitt til þess að hluturinn er framleiddur á um það bil helmingi kostnaðar og á einum sjötta tímanum sem þarf til hefðbundinnar vinnslu, samsetningar og samsetningar. Þar sem koparblendi sem notað er endurspeglar mjög innrauða leysigeisla, er NASA nú að rannsaka hvernig grænir eða bláir leysir geta bætt skilvirkni og framleiðni.
Þó að notkun aukefnaframleiðslu í geimferðum sé enn á frumstigi, er búist við að hún muni vaxa á næstu 20 árum.
Laser áferð
Laser áferð er líka mjög nýtt forrit í geimferðaiðnaðinum. Í þessu ferli eru ofurhraðir leysir notaðir til að búa til örnanobyggingar á yfirborði flugvélarinnar með tækni sem kallast bein leysir truflun mynstur (DLIP), sem er notuð til að búa til náttúruleg „lótusáhrif“ sem búa til nanóbyggingar sem hjálpa til við að koma í veg fyrir yfirborð yfirborðs. mengun og koma í veg fyrir ísmyndun á flugvélum.
Nýstárleg ljósfræði kljúfi öflugan ofurhraðan leysipúls í nokkra hlutageisla sem síðan eru sameinaðir á yfirborðinu sem á að vinna úr. Þegar hún er skoðuð í smásjá líkist örbyggingin sem myndast smásæjum „sölum“ úr „súlum“ eða bylgjulaga. Fjarlægðin á milli "súlanna" er um 150nm til 30μm - þessi uppbygging gerir það að verkum að vatnsdroparnir geta ekki lengur bleyta yfirborðið og fest sig við það vegna þess að þeir hafa ekki nægilegt grip á yfirborðinu.
Kostir efnisins fyrir flugvélar eru meðal annars aukin vatns-, ís- og skordýrafælni. Þetta getur fest sig við yfirborð flugvélarinnar og aukið vindmótstöðu flugvélarinnar og þar með aukið eldsneytisnotkun. Með því að nota þessa leysir áferð myndi draga úr þörfinni fyrir eitruð efnameðferð sem nú er notuð á yfirborð flugvéla til að forðast ísingu. Það er vitað að það eldist og verður viðkvæmt fyrir skemmdum með tímanum. Ennfremur geta leysir mannvirki framleidd með DLIP aðferð varað í mörg ár án þess að valda umhverfisáhyggjum.
