Поставленная задача
Экологическая безопасность и последствие расходов в полном цикле производства аэрокосмических деталей.
Решение
Использование DMLS дает возможность применения различных материалов, оптимизации дизайна и построения энергоэффективного процесса производства в рамках программы подбора сырья.
Результаты
Оптимизация: усовершенствованный дизайн требует меньшее количество сырья.
Экологическая безопасность: снижение энергопотребления при производстве влияет на уменьшении выбросов углекислого газа.
Научные изыскания в области «облегчения» массы, увеличения рентабельности и рационального использования ресурсов
Экологическая безопасность DMLS (технология направленного спекания металла лазером)
Сотрудничество EADS Innovation Works (IW) и EOS study демонстрирует существенную экономию при производстве в аэрокосмической индустрии.
Краткая информация
EADS – это один из крупнейших лидеров аэрокосмической индустрии, а также в оборонном производстве и сопутствующем сервисе, включает в себя компании Airbus, Astrium, Cassidian и Eurocopter. В 2011 году выручка группы составила € 49.1 млрд., а количество работников – около 133 000.
За последние 40 лет задачи авиации расширились от простой возможности летать легко и безопасно до достижения экологически безопасного и рентабельного полета. Во времена Дедала и Икара использовали только перья и воск, чтобы реализовать мечту о полете, сегодня же дизайн и конструкция современных самолетов требует высокотехнологичных методов, отвечающих поставленным задачам и требованиям.
EADS IW и EADS’ Research and Technology (Инновации и разработки) постоянно изучают новые пути улучшения производственного процесса. Один из последних вариантов в данной области – это использование технологии DMLS, которая была применена подразделением EADS IW с целью изучения преимуществ оптимизированного дизайна и экологической безопасности продукции в рамках производства демонстрационных моделей аэрокосмических деталей, в том числе – детали фюзеляжа Airbus.
Поставленная задача
Цель EADS в рамках миссии развития компании до 2020 года – это соответствие требованиям общества 21 века. В основе изучения группы лежат такие ключевые факторы, как состояние окружающей среды, экологическая безопасность и снижение себестоимости производства. EADS IW в качестве заказчика и EOS в роли поставщика технологии DMLS объединили свои силы с целью глубокого изучения требований индустрии, а также обзора и детального анализа процесса производства EOS по критериям качества и экологической безопасности.
Поскольку качество, себестоимость и влияние на окружающую вреду играют главную роль в процессе принятия решения о дизайне и производственных изысканиях, EADS IW утвердили новый критерий, нацеленный на экологическую безопасность – TRL (технология уровня готовности). Таким образом, группе по разработкам и исследованиям компании EADS необходимо успешно пройти девять уровней соответствия TRL, прежде чем разработанная технология будет принята в производство. Для проверки каждого уровня готовности технология анализируется по следующим критериям: эксплуатационные качества, техническое и технологическое соответствие, работоспособность, а также цена и риски. Для каждого из перечисленных критериев новые детали должны превосходить существующие.
В результате ожидалось снижение выработки углекислого газа, оптимизация затрат на энергию и сырье, а также повторное использование ресурсов. При анализе потребления энергии исследование компании не ограничивалось только изучением производственного цикла, также учитывались такие аспекты, как добыча и транспортировка сырья, потребление аргона и общие потери в процессе распыления металлического порошка.
Решение
Streamline Life Cycle Assessment (SLCA), представленная компанией EADS IW highlighted, преимущество по критерию потенциальной себестоимости и экологической безопасности DMLS технологии в течение операционного цикла для обновленного фюзеляжа Airbus A320.
База данных для анализа была предоставлена по результатам тестов EOS, а также по данным поставщиков сырья, что явило собой уникальный подход к исследованию. Объединив силы, компании достигли снижения массы деталей, что привело к оптимизации энергопотребления.
На начальном этапе были сопоставлены характеристики разработанного образца стального фюзеляжа и улучшенного с помощью DMLS-технологии титанового по величине потребляемой энергии на протяжении всего жизненного цикла. Новая технология соответствует требованиям при оптимизации дизайна фюзеляжа, поскольку для данного устройства операционная фаза в сто раз важнее статичной фазы (т.е. производства детали). При использовании оптимизированного дизайна потребление энергии на протяжении всего жизненного цикла (включающего в себя производство и операционную деятельность) для деталей фюзеляжа было снижено на 40%.
На следующем этапе изучалась статическая фаза. Сравнивался производственный процесс одной детали из титана, полученной путем литья по выплавляемой модели и детали с оптимизированным дизайном, произведенным по технологии EOS.
Энергопотребление при производстве деталей фюзеляжа, включая затраты на производство сырья, производственный процесс и завершающий этап жизненного цикла несколько ниже при использовании технологии DMLS. Основным преимуществом EOS является экономия сырья до 75%, так как данная методика использует ровно столько материала, сколько необходимо для данной детали.
Результаты
Важно подчеркнуть, что данное исследование сконцентрировалось на одностороннем сравнении производства по DMLS-технологии и литья по выплавляемой модели. Таким образом, универсальный метод еще не найден. Тем не менее, работая в партнерстве над изучением жизненного цикла производства, удалось достичь впечатляющих результатов: оптимизированный дизайн деталей капота двигателя позволил EADS и EOS доказать возможность облегчения массы самолета примерно на 10 килограмм, что достойно внимания для такой сферы, как авиация, где каждый грамм на счету. Выбросы углекислого газа были снижены на 40%, а затраты сырья – на 20% по сравнению с литьем по выплавляемой модели.
«DMLS-технология продемонстрировала огромное количество преимуществ, позволив оптимизировать дизайн и снизить затраты на производство. В общем, совместное изучение выявило, что DMLS-технология в состоянии обеспечить производство более легких деталей, не оказывающих негативного воздействия на окружающую среду»,-говорит Джон Мейер из компании EADS IW. «Ключевым фактором изучения было комплексное и прозрачное сотрудничество между заказчиком и исполнителем с открытым подходом, предполагающим беспрецедентный уровень обмена информацией. Данный метод работы сохранится и при дальнейших исследованиях. Даже после того, как первые позитивные результаты стали очевидны, ни одна из сторон не остановилась на достигнутом результате, пытаясь найти еще более совершенные решения.» Одна из причин успеха данного проекта заключается в постоянном стремлении к дальнейшим улучшениям, свидетельством которого является замена модели EOSINT M 270 модификацией EOSINT M 280 с использованием титана вместо стали, позволяющей снизить выброс углекислого газа. DMLS-технология позволяет уменьшить массу самолетов, оптимизировать ресурсопотребление, а также снизить негативное воздействие на окружающую среду, не пренебрегая при этом высокой безопасностью полета.
«Мы видим несколько преимуществ использования DMLS-технологии, в особенности это свобода дизайна, а также экологический аспект. Мы можем оптимизировать структуру и объединить специфическую функциональность, и к тому же DMLS-технологии значительно снижают выбросы углекислого газа в окружающую среду, что показало наше совместное изучение с EOS.»
«Касательно экологии и дизайна, оптимизированная структура также влияет на снижение выбросов углекислого газа за счет снижения массы самолета.
Я вижу потрясающий потенциал DMLS-технологии в будущем аэрокосмической отрасли.»
Джон Мейер, руководитель исследовательской группы в EADS Innovation Works.