F'dawn l-aħħar snin, id-dinja tal-ajruspazju—inklużi inġenji tal-ajru kummerċjali u militari, satelliti, vetturi spazjali, drones, u vetturi tal-ajru bla ekwipaġġ (UAVs) — għaddiet minn xi bidliet drammatiċi. Aktar u aktar kumpaniji qed jingħaqdu mat-tellieqa spazjali, li ħafna minnhom jeħtieġu teknoloġiji ta 'manifattura innovattivi.
B'kuntrast, l-impatt tar-restrizzjonijiet tal-ivvjaġġar fuq l-avjazzjoni kummerċjali kkawżati mill-epidemija tal-kuruna l-ġdida kkawża li r-rata tal-produzzjoni tal-inġenji tal-ajru ċivili tonqos b'terz.
Fl-2019, l-Ewropa kienet waħda mill-mexxejja dinjija fil-produzzjoni ta' inġenji tal-ajru ċivili u ħelikopters, inklużi diversi komponenti u magni tal-inġenji tal-ajru, appoġġat madwar 400,000 impjieg u ġġenerat dħul ta' 130 biljun ewro. Filwaqt li l-esplorazzjoni u d-difiża spazjali baqgħu fil-biċċa l-kbira mhux affettwati mill-pandemija, il-produzzjoni tal-inġenji tal-ajru ċivili għadha qed tirkupra.
Fl-"Inċertezza fl-Ajruspazju Kummerċjali" (Inċertezza fl-Ajruspazju Kummerċjali), ippubblikata fi Frar 2023, McKinsey, kumpanija magħrufa ta' konsulenza u riċerka, irrapportat li d-dinja teħtieġ li tiddiġerixxi l-kostruzzjoni ta' 9,400 inġenju tal-ajru tal-passiġġieri (prinċipalment narrow-body jets). ) sal-aħħar tal-2027. aircraft) backlog. Iżda hemm inċertezza dwar it-tkabbir futur tat-traffiku tal-passiġġieri bl-ajru, is-saħħa tal-ktajjen tal-provvista u l-forza tax-xogħol. Bħala riżultat, il-manifatturi għandhom bżonn iżidu l-effiċjenza tal-produzzjoni u l-flessibilità biex jimmaniġġaw ix-xogħol b'lura u jirrispondu għal bidliet futuri fid-domanda.
Il-kapaċità tal-ipproċessar bil-lejżer li jżid il-produttività u jżomm l-ispejjeż baxxi jista' jkollha rwol ewlieni biex tippermetti din ir-rispons mill-industrija tal-ajruspazju. L-ipproċessar bil-lejżer - operazzjonijiet fil-forma ta 'qtugħ, iwweldjar, peening, u tħaffir - sar parti integrali mill-manifattura aerospazjali.
Pereżempju, lejżers jintużaw biex jagħmlu flaps għal ġwienaħ tal-inġenji tal-ajru, qfieli tal-ġwienaħ, partijiet tal-magni tal-ġett, u partijiet tas-sedil, u jintużaw ukoll biex isewwi turbini, inaddfu jew ineħħu ż-żebgħa minn partijiet, u jippreparaw partijiet għal aktar ipproċessar. wiċċ parti. F'dawn l-aħħar snin, il-manifattura tal-addittivi tal-laser (AM) kibret ukoll fil-popolarità fit-titjiriet spazjali. Barra minn hekk, is-suq jittama li jtejjeb it-traċċabilità tal-komponenti aerospazjali, u r-rekwiżiti għall-immarkar bil-lejżer qed jiżdiedu wkoll.
Qtugħ u wweldjar bil-lejżer
Il-qtugħ bil-lejżer huwa proċess mgħaġġel, kost-effettiv u preċiż użat biex jissodisfa r-rekwiżiti eżiġenti tal-manifattura tas-settur aerospazjali.
Meta mqabbel ma 'l-ipproċessar tradizzjonali, il-qtugħ bil-lejżer għandu preċiżjoni għolja, inqas skart ta' materjal, veloċità ta 'proċessar veloċi, prezz baxx u inqas manutenzjoni tat-tagħmir. Barra minn hekk, timmassimizza l-produttività peress li tagħmel kwalunkwe tibdil meħtieġ għall-magni malajr u faċli.
Lejżers jistgħu jintużaw biex jipproduċu partijiet tal-qfieli tal-ġwienaħ, partijiet jig, partijiet effetor tat-tarf, partijiet tal-għodda, u aktar. Huwa ugwalment adattat għal komponenti żgħar bħal gaskits taż-żejt imlaqqma u manifolds tal-kanal tal-fsada tat-titanju, kif ukoll komponenti akbar bħal koni tal-egżost. Jista 'makna varjetà wiesgħa ta' materjali aerospazjali, inkluż aluminju, Hastelloy (nikil li ġie liga b'elementi bħal molibdenu u kromju), Inconel, Nitinol, Nitinol, stainless steel, tantalu u titanju.
L-iwweldjar bil-lejżer jintuża wkoll fl-ajruspazju bħala alternattiva għall-metodi tradizzjonali ta 'għaqda bħal twaħħil adeżiv u rbit mekkaniku. Pereżempju, l-użu tal-iwweldjar bil-lejżer ta 'ligi tal-aluminju ħfief u polimeri rinfurzati bil-fibra tal-karbonju (CFRP) fil-kostruzzjoni tal-inġenji tal-ajru qed jikseb trazzjoni u qed jintuża biex jissostitwixxi l-irbattar kull fejn ikun possibbli. Tekniki bħall-iwweldjar tal-insiġ bil-lejżer kellhom ukoll suċċess biex jingħaqdu ma 'tankijiet tal-fjuwil, itejbu l-effiċjenza u s-saħħa konġunti, inaqqsu l-ħidma mill-ġdid, u jiffrankaw ħafna flus. Suċċessi oħra tal-iwweldjar fl-ajruspazju jinkludu t-twaħħil tal-qalba fonduta ta 'xafra tat-turbina mal-pjanċa tal-kopertura; u l-ħolqien ta 'tip ġdid ta' flap tal-ġwienaħ ħafif li jżid il-kontroll tal-fluss laminari, jimminimizza t-tkaxkir, u jottimizza l-effiċjenza tal-fjuwil.
L-iwweldjar bil-lejżer għandu l-potenzjal li jiffranka l-ispejjeż, inaqqas il-piż tal-komponent u jtejjeb il-kwalità tal-weldjatura meta mqabbel mal-metodi tradizzjonali, u bosta manifatturi bħalissa qed jikkunsidraw l-iwweldjar bil-lejżer għall-produzzjoni ta 'partijiet tal-qafas tal-ajru.
Ltindif aser
Il-manifatturi fis-settur tal-ajruspazju jużaw it-tindif bil-lejżer biex ineħħu saffi ta 'metall u uċuħ komposti bi tħejjija għall-magni, biex ineħħu kisjiet jew korrużjoni, u biex ineħħu ż-żebgħa minn komponenti kbar jew inġenji tal-ajru kollha qabel iż-żebgħa mill-ġdid.
Matul il-proċess tat-tindif, il-laser jiġi assorbit u evaporat mill-wiċċ tal-metall, u b'hekk jikseb l-ablazzjoni tal-materjal tal-wiċċ, filwaqt li jkollu ftit effett fuq il-materjal tas-saff ta 'ġewwa, u mhux se jikkawża ħsara termali inċidentali lill-komponenti. Lejżers tal-fibra pulsati fil-klassi tal-kilowatt huma partikolarment adattati għal tindif bil-lejżer rapidu - jippermettu tindif effiċjenti u ta 'preċiżjoni għolja ta' varjetà wiesgħa ta 'materjali inklużi ċeramika, komposti, metalli u plastiks.
F'dawn l-aħħar snin, l-użu ta 'materjali komposti fl-inġenji tal-ajru żdied, u għalhekk żdiedet il-ħtieġa li jingħaqdu metalli ma' materjali komposti. Fil-manifattura aerospazjali, adeżivi jistgħu jintużaw biex jingħaqdu ma 'dawn iż-żewġ materjali differenti. Biex tinħoloq rabta qawwija, iż-żewġ uċuħ għandhom jiġu ppreparati bir-reqqa qabel ma jiġi applikat il-kolla.
It-tindif bil-lejżer huwa ideali minħabba li joħloq finitura tal-wiċċ ikkontrollata sew u riproduċibbli li tippermetti twaħħil konsistenti u prevedibbli. Tradizzjonalment, dan isir permezz ta 'tekniki ta' blasting distruttivi jew l-applikazzjoni ta 'diversi kimiċi. Madankollu, it-tindif bil-lejżer issa joffri metodu ta 'pass wieħed li mhux biss huwa aktar kost-effettiv u produttiv iżda għandu wkoll impatt ambjentali aktar baxx peress li l-ebda kimiċi tossiċi jew materjali tal-blasting huma meħtieġa. It-tindif bil-lejżer huwa wkoll ħafna aktar ġentili fuq il-partijiet minn metodi tradizzjonali.
Tindif bil-lejżer ta' partijiet tal-metall u komposti tal-inġenji tal-ajruhuwa wkoll aktar ta 'benefiċċju minn tqaxxir kimiku jew tekniki ta' blasting meta niġu għat-tqaxxir taż-żebgħa. Matul il-ħajja utli tiegħu, inġenju tal-ajru jista' jiġi miżbugħ mill-ġdid 4-5 darbiet, u tista' tieħu ġimgħa jew aktar biex titneħħa ż-żebgħa mill-inġenju tal-ajru kollu bl-użu ta' tekniki tradizzjonali. B'kuntrast, it-tindif bil-lejżer jista' jnaqqas dan iż-żmien għal 3-4 ijiem, skont id-daqs tal-inġenju tal-ajru, u jagħmel ukoll il-partijiet aktar aċċessibbli għall-ħaddiema. Barra minn hekk, meta jintuża għat-tneħħija taż-żebgħa aktar milli tqaxxir jew blasting kimiku, it-tindif bil-lejżer joffri iffrankar sinifikanti fl-ispejjeż - eluf ta 'liri għal kull inġenju tal-ajru, peress li l-iskart perikoluż jitnaqqas b'madwar 90 fil-mija jew aktar u r-rekwiżiti tal-immaniġġjar tal-materjal jitnaqqsu.
Peening bil-lejżer/xokk bil-laser peening
L-istress fi ħdan il-komponenti tal-metall jistgħu jwasslu għal falliment tal-għeja tal-metall f'komponenti tal-inġenji tal-ajru bħal xfafar tal-fannijiet f'magni bil-ġett, li għandu l-potenzjal li jikkawża ħsara jew korriment. Dan jista' jittaffa b'teknika magħrufa bħala laser peening.
F'dan il-proċess, impulsi tad-dawl tal-lejżer huma diretti lejn żona ta 'konċentrazzjoni ta' stress għoli, u kull polz jaqbad splużjoni ċkejkna ta 'plażma bejn il-wiċċ tal-komponent u saff ta' ilma sprejjat fuq nett. Is-saff tal-ilma jillimita l-isplużjoni, li tikkawża li l-mewġa ta 'xokk tippenetra l-komponent u tiġġenera tensjonijiet residwi kompressivi hekk kif iż-żona ta' propagazzjoni tagħha tespandi. Dawn l-istress jikkontrobattu l-qsim u forom oħra ta 'għeja tal-metall. Meta mqabbel ma 'proċessi tradizzjonali, it-tisħiħ tal-lejżer jista' jestendi l-ħajja tas-servizz tal-partijiet tal-metall bi 10-15 darbiet.
Il-laser peening qed jintuża dejjem aktar fl-industrija aerospazjali. Pereżempju, LSP Technologies u Airbus żviluppaw b'mod konġunt sistema ta' peening bil-laser portabbli li reċentement ġiet ittestjata u evalwata fil-faċilità ta' manutenzjoni u tiswija tal-Airbus f'Toulouse, Franza.
Is-sistema ta 'peening bil-lejżer Leopard se ttawwal il-ħajja tal-għeja billi tinibixxi l-bidu u l-propagazzjoni ta' xquq ikkawżati minn stress tal-vibrazzjoni ċiklika. Il-flessibilità tal-konsenja tar-raġġ tal-fibra ottika u l-għodda tad-dwana jippermettu lis-sistema ddawwal bil-lejżer żoni li huma diffiċli biex jilħqu l-inġenji tal-ajru. Skont l-imsieħba, is-sistema hija avvanz fit-teknoloġija tat-tisħiħ tal-lejżer li se tavvanza l-użu tagħha, inkluż l-estensjoni tal-ħajja tax-xfafar tal-magni tal-ġett u aktar.
Il-Fleet Readiness Centre East (FRCE) tal-US Navy temm ukoll il-validazzjoni reċentement ta' proċess ta' xokk bil-laser li ntuża b'suċċess fuq l-ajruplan F-35B Lightning II. FRCE użat il-proċess biex isaħħaħ il-qafas tal-F-35B Lightning II mingħajr ma żied xi materjal jew piż addizzjonali li kieku kien jillimita l-kapaċitajiet tiegħu tal-fjuwil jew tal-ġarr tal-armi. Dan jgħin biex jestendi l-għomor tal-ħajja tal-ġettijiet tal-ġlied tal-ħames ġenerazzjoni, il-varjanti ta 'tluq u inżul qasir użati mill-Korp tal-Baħar tal-Istati Uniti.
Ltħaffir aser
Magni aero moderni għandhom madwar 500,000 toqba, madwar 100 darba daqs il-magni mibnija fis-snin tmenin. Fl-istess ħin, il-manifatturi tal-inġenji tal-ajru qed jipproduċu numru dejjem jikber ta 'komponenti oħra li fihom numru kbir ta' toqob imtaqqbin għall-irbattar u l-invitar. Għalhekk, fil-qasam tal-ajruspazju, it-tħaffir bil-lejżer għandu potenzjal enormi tas-suq, minħabba li jipprovdi proċess preċiż, ripetibbli, veloċi u kost-effettiv.
Pereżempju, qed jiġu żviluppati sistemi ġodda tal-laser femtosecond ta 'qawwa għolja għal mikro tħaffir effiċjenti u preċiż ta' pannelli kbar tat-titanju HLFC (Hybrid Laminar Flow Control) biex jiġu mmuntati fuq stabilizzaturi tal-ġwienaħ jew tal-impennage. Dawn il-pannelli jiġbdu l-arja minn toqob żgħar, li jnaqqas it-tkaxkir tal-frizzjoni u jnaqqas il-konsum tal-fjuwil.
Peress li t-tħaffir bil-lejżer huwa mingħajr kuntatt, il-materjal li qed jiġi mmaxinjat m'għandux għalfejn jiġi ffissat bl-istess mod kif inhu ma 'għodod konvenzjonali. Vantaġġ ieħor li tkun mingħajr kuntatt huwa n-nuqqas ta 'xedd tal-għodda, li jirrappreżenta vantaġġ partikolari fl-operazzjonijiet tat-tħaffir għall-komponenti CFRP. Minħabba l-ebusija tiegħu, il-komponenti CFRP jistgħu jkunu joborxu ħafna għal għodod konvenzjonali. It-tħaffir bil-lejżer jista 'jsir ukoll b'veloċitajiet għoljin ħafna sabiex il-ħsara eċċessiva mis-sħana ma tagħmilx ħsara lill-materjal li qed jiġi pproċessat.
Amanifattura ddittiva
Il-manifattura tal-addittivi tal-lejżer (AM) ġiet żviluppata wkoll malajr fl-industrija tal-ajruspazju. F'din it-teknika, il-lejżers idewbu saffi suċċessivi ta 'trab biex jibnu forom. Kumpanija rokit ibbażata f'Kalifornja reċentement saħansitra ordnat żewġ 12-printers 3D tar-raġġ tal-laser biex tagħmel il-missjonijiet spazjali tagħha aktar ekonomiċi u effiċjenti billi toħloq komponenti spazjali eħfef, aktar mgħaġġla u b'saħħithom.
Filwaqt li ħafna proġetti għadhom fil-fażi tal-ittestjar, il-manifattura tal-addittivi tal-lejżer diġà ntużat b'suċċess fuq żewġ missjonijiet lejn Mars. Ir-rover Curiosity tan-NASA, li niżel f'Awwissu 2012, kien l-ewwel missjoni li ġabet partijiet stampati 3D fuq Mars. Dan huwa komponent taċ-ċeramika ġewwa l-istrument tal-Analiżi tal-Kampjun fuq Mars (SAM), parti minn programm ta 'ttestjar kontinwu biex jinvestiga l-affidabbiltà tat-tekniki tal-manifattura addittiva.
Sadanittant, ir-rover Perseverance tan-NASA, li niżel fuq Mars fi Frar tal-2021, fih 11-il parti tal-metall li ġew manifatturati b’mod addittiv bil-lejżers. Ħamsa minn dawn il-komponenti jinsabu fl-Istrument Planetarju għal-Litokimika tar-raġġi X (PIXL) ta 'Perseverance, li qed ifittex sinjali ta' ħajja mikrobjali fossili fuq Mars. Dawn il-partijiet jeħtieġ li jkunu tant ħfief li tekniki tradizzjonali bħal forġa, iffurmar u qtugħ ma jistgħux jipproduċuhom.
In-NASA ilha wkoll tesperimenta bil-manifattura addittiva tal-laser ta 'komponenti rokit. Fi studju wieħed, il-kamra tal-kombustjoni ta 'magna rokit kienet fabbrikata minn liga tar-ram. L-iżvilupp kontinwu ta 'din il-manifattura ta' l-addittiv tal-lejżer irriżulta li l-parti tkun immanifatturata bi bejn wieħed u ieħor nofs l-ispiża u f'wieħed minn sitta tal-ħin meħtieġ għall-magni tradizzjonali, tgħaqqid u assemblaġġ. Peress li l-liga tar-ram użata tirrifletti ħafna għal-lejżers infra-aħmar, in-NASA issa qed tinvestiga kif lejżers ħodor jew blu jistgħu jtejbu l-effiċjenza u l-produttività.
Filwaqt li l-użu tal-manifattura addittiva fl-ajruspazju għadu fl-istadji bikrija tiegħu, huwa mistenni li jikber matul l-20 sena li ġejjin.
Texturing bil-lejżer
Texturing bil-lejżer huwa wkoll applikazzjoni ġdida ħafna fl-industrija aerospazjali. F'dan il-proċess, lejżers ultraveloċi jintużaw biex joħolqu mikro-nanostrutturi fuq il-wiċċ tal-inġenju tal-ajru permezz ta' teknika msejħa direct laser interference patterning (DLIP), li tintuża biex toħloq "effett tal-lotus" naturali, li toħloq nanostrutturi li jgħinu jipprevjenu l-wiċċ. kontaminazzjoni u jipprevjenu l-akkumulazzjoni tas-silġ fuq l-ajruplani.
Ottika innovattiva qasmet polz laser ultraveloċi b'saħħtu f'diversi raġġi parzjali, li mbagħad jiġu kkombinati fuq il-wiċċ biex jiġu pproċessati. Meta titqies taħt mikroskopju, il-mikrostruttura li tirriżulta tixbah "swali" mikroskopiċi magħmula minn "pilastri" jew corrugations. Id-distanza bejn il-"pilastri" hija ta 'madwar 150nm sa 30μm - din l-istruttura tfisser li l-qtar ta' l-ilma ma jistax jibqa 'xarrab il-wiċċ u jeħel miegħu minħabba li m'għandhomx biżżejjed qabda fuq il-wiċċ.
Benefiċċji tal-materjal għall-inġenji tal-ajru jinkludu żieda fl-ilma, silġ, u repellenza tal-insetti. Dawn jistgħu jeħlu mal-wiċċ tal-inġenju tal-ajru u jżidu r-reżistenza tar-riħ tal-inġenju tal-ajru, u b'hekk iżidu l-konsum tal-fjuwil. L-applikazzjoni ta' dan it-tessut tal-lejżer tnaqqas il-ħtieġa għal trattamenti kimiċi tossiċi applikati bħalissa fuq l-uċuħ tal-inġenji tal-ajru biex tiġi evitata s-silġ. Huwa magħruf li jixjieħ u jsir suxxettibbli għall-ħsara maż-żmien. Barra minn hekk, strutturi tal-laser prodotti bil-metodu DLIP jistgħu jdumu għal snin mingħajr ma jikkawżaw tħassib ambjentali.
