탄소피킹과 탄소중립이 2021년 중국 정부의 업무보고에 처음 쓰여진 이후, 진행 중인 두 세션에서 탄소중립이 다시 한 번 화제가 됐다. 지구 온난화는 기후 위험을 증가시켰고 탄소 중립을 달성하는 것은 오늘날 세계에서 가장 시급한 임무입니다. 전 세계적인 탄소배출량으로 보면 항공산업은 사실 탄소배출의 초대형 가구가 아니지만 탄소배출 저감에 있어 '어려운 가정'임에 틀림없다. 항공기 대수가 증가함에 따라 항공 우주 산업에서 탄소 중립이라는 확립 된 목표를 달성하기 위해 다양한 에너지 절약 및 배출 감소 수단을 지속적으로 탐색하고 개선하는 것은 여전히 어려운 과제입니다.
적층 제조는 항공 산업에서 수명 주기 탄소 중립을 가능하게 합니다.
학자 Lu Bingheng은 다음과 같이 지적했습니다. "미래에 중국의 제조 산업은 재료, 재료 감소 및 재료 추가의 세 부분으로 나눌 것입니다." 특히 항공 분야에서 적층가공은 항공기 중량 감소, 복잡한 부품 형성, 부품 일체화 실현 등의 독특한 장점이 있어 큰 가치와 폭넓은 응용 전망을 보여주고 있다. 국내 대형 여객기 C919의 부품은 적층 제조 기술을 사용하여 중앙 날개 라인을 처리합니다. Boeing 787 Dreamliner에는 적층 제조 기술로 만들어진 30개의 부품이 있습니다. GE의 첨단 항공 엔진 GE9X는 부품의 3분의 1 이상이 적층 제조 방식으로 이루어진다.
항공우주 제품 설계 및 제조, 항공 운송, 제품 유지보수 및 유지보수의 전체 제품 수명 주기를 개발적 관점에서 고려할 때 적층 제조 기술의 특성은 탄소 중립 측면에서 기존 제조에 비해 상당한 이점이 있다고 판단합니다.
설계 및 제조
1. 금형을 열 필요가 없으며 빠른 반복. 적층 제조 기술의 가장 두드러진 장점은 가공이나 금형 없이 컴퓨터 그래픽 데이터에서 직접 모든 모양의 부품을 생성할 수 있다는 점입니다. 이는 반복 프로세스를 크게 줄이고 제품 개발 및 제조 주기를 단축하며 에너지를 증가시킵니다. 개발 과정. 소비가 현저히 줄어듭니다. Beihang University의 Wang Huaming 교수는 중국이 이제 적층 제조 기술을 사용하여 C919 항공기의 조종석 유리 창틀을 단 55일 만에 인쇄할 수 있다고 말한 반면, 유럽 항공기 제조 회사는 최소 2일 동안 동일한 것을 생산할 것이라고 말했습니다. 연령. 재료 제조 기술은 생산 주기를 크게 단축하고 효율성을 향상시킵니다.
2. 순수한 모양, 높은 재료 활용률. 적층 제조가 탄소 중립이 될 수 있는 주요 방법은 각 부품, 구성 요소 및 제품에 더 적은 재료를 사용하는 것입니다. 적층 제조는 그물 모양으로 전통적인 제조의 절단, 밀링 및 연삭 공정에서 발생하는 폐기물을 크게 줄이고 최종 제품의 재료 활용률을 크게 향상시킵니다. 또한 토폴로지 최적화를 통해 격자 구조, 격자 구조 등의 형성도 재료 절약의 목적을 달성할 수 있습니다.
3. 기능적 구조 통합, 가공 및 조립 절차 감소. 적층 기술은 전통적인 도구 및 고정 장치 및 여러 가공 절차를 필요로 하지 않으며 하나의 장치에서 복잡한 모양의 부품을 빠르고 정확하게 제조할 수 있으므로 부품 기능 및 구조의 통합을 실현하고 가공 절차 및 조립을 크게 줄입니다. 제조 공정의 저탄소 목표를 달성하기 위한 공정.
AIR 화물
1. 무게를 줄이고 연료 소비를 줄입니다. 항공 장비의 경우 무게 감소는 영원한 테마이며 5% 무게 감소는 연료 소비의 20%를 절약할 수 있습니다. 적층 제조는 항공기 부품의 무게를 줄여 운송 중 에너지 소비를 줄일 수 있습니다.
2. 엔진 연소 효율을 높이고 연료 소비를 줄입니다. 엔진 내부의 적층 제조 기술은 연소실 및 많은 구조적 요소의 제조를 완료하여 엔진을 더 단순하고, 더 가볍고, 더 컴팩트하게 만들고, 설계만으로 연비를 개선함으로써 최대 15%의 연료를 절약할 수 있습니다.
3. 주문형 인쇄로 에너지 낭비를 줄입니다. 현장 및 주문형 인쇄 제조는 전체 에너지 낭비를 줄이고 탄소 발자국을 줄입니다. 조립, 운송, 물류, 보관 등과 같은 환경 비용이 거의 제거되어 에너지 및 자원 사용이 향상됩니다.
수리 및 유지 보수
1. 재활용, 친환경 및 저탄소. 적층 제조는 밀링 기술을 통해 폐기 부품의 재사용을 실현할 수 있으며 순환 경제 방향으로 항공 제조 산업의 발전을 실현할 수 있습니다. 예를 들어, 미국 MolyWorks의 기술 아이디어는 금속 인쇄 폐기물을 고품질 분말로 변환하는 것입니다. 동시에 회사는 금속 폐기물을 즉석에서 소화하여 고품질 분말로 변환하는 "모바일 파운드리"사업 개발 모델을 제안했습니다.
3. 부품 폐기를 방지하기 위한 부분 수리. 적층가공의 적층제조 특성에 따라 손상된 부분만 특수기판으로 간주하여 손상된 부분에 레이저 3차원 성형으로 부품의 형상을 복원할 수 있으며 성능을 만족시킬 수 있습니다. 사용 요구 사항. 부품 제조 공정의 저탄소 선순환을 구현하여 신소재 및 부품 생산에 소요되는 에너지를 절감합니다. 예를 들어, 터빈 디스크 부품의 경우 디스크의 블레이드가 손상되면 디스크의 기능을 복원하고 전체 터빈 디스크의 스크랩을 방지하기 위해 손상된 블레이드를 수리하기 위해 적층 제조 기술만 사용하면 됩니다.
3. 부품의 성능을 향상시키고 수명을 연장합니다. 부품의 구조를 최적화함으로써 부품의 응력을 가장 합리적인 방식으로 분산시켜 피로 균열의 위험을 줄임으로써 서비스 수명을 늘리고 탄소 발자국을 줄일 수 있습니다. 예를 들어, 미국 F16 전투기에 3D 기술로 만든 랜딩기어는 사용 기준을 충족할 뿐만 아니라 평균 수명이 원래의 2.5배에 달한다.
향후 방향에 대한 제안
항공 산업에서 탄소 중립을 달성하기 위한 적층 가공의 능력을 더욱 향상시키기 위해 다음과 같은 발전 방향을 제안합니다.
1. 재료 미세 구조 최적화. 재료 선택의 지능적 최적화를 실현하기 위해 재료 게놈을 통해 전문 데이터베이스를 구축합니다. 조성, 공정, 미세구조 및 성능 간의 본질적인 관계를 설정하여 탄소중립 요구사항을 충족하는 미세구조를 재료의 특성에 따라 설계합니다.
2. 구조적 및 다학문적 토폴로지 최적화. 다중 물리학 기반 볼륨 설계를 도입하고 다중 스케일 기능과 다중 유형 재료를 디지털 방식으로 통합하고 필요한 기계적 특성을 유지하고 구조 기능 융합을 달성하여 재료 소비를 줄이고 구성 요소의 무게를 줄입니다.
3. 인공 지능과 데이터 트윈 기술의 결합. 공정 모니터링, 정보 인식, 기계 학습, 인공 지능, 데이터베이스 등과 같은 첨단 장비 또는 기술을 통합합니다. 산업용 인터넷을 적층 제조 디지털 트윈에 통합하여 클라우드 플랫폼을 통해 데이터와 모델을 공유하고 분석할 수 있도록 합니다. 추가 디지털 생태계를 개선할 수 있습니다. 적층 제조는 항공기 부품 제조의 모든 링크에서 탄소를 줄이는 데 핵심적인 역할을 할 수 있습니다.