بعد كتابة ذروة الكربون وحياد الكربون لأول مرة في تقرير عمل الحكومة الصينية في عام 2021 ، أصبح حياد الكربون في الجلستين الجاريتين مرة أخرى موضوعًا ساخنًا للنقاش. أدى الاحتباس الحراري إلى زيادة مخاطر المناخ ، ويعد تحقيق حياد الكربون المهمة الأكثر إلحاحًا في عالم اليوم. انطلاقا من الكمية الإجمالية لانبعاثات الكربون على نطاق عالمي ، فإن صناعة الطيران ليست في الواقع أسرة كبيرة للغاية لانبعاثات الكربون ، لكنها بالتأكيد "أسرة صعبة" في الحد من انبعاثات الكربون. مع الزيادة في عدد الطائرات ، لا يزال من الصعب استكشاف وتحسين مختلف وسائل توفير الطاقة وخفض الانبعاثات لتحقيق الهدف المحدد المتمثل في حياد الكربون في صناعة الطيران.
التصنيع الإضافي يُمكِّن من حيادية الكربون لدورة الحياة في صناعة الطيران
وأشار الأكاديمي لو بينغهينغ إلى أنه "في المستقبل ، سيتم تقسيم الصناعة التحويلية في الصين إلى ثلاثة أجزاء: المواد ، وخفض المواد ، وإضافة المواد". في مجال الطيران على وجه الخصوص ، يتمتع التصنيع الإضافي بمزايا فريدة مثل تقليل وزن الطائرة ، وتشكيل أجزاء معقدة ، وتحقيق تكامل المكونات ، والذي أظهر قيمة كبيرة وآفاق تطبيق واسعة. تستخدم أجزاء طائرة الركاب المحلية الكبيرة C919 تقنية التصنيع المضافة لمعالجة خط الجناح المركزي ؛ تحتوي طائرة بوينج 787 دريملاينر على 30 قطعة مصنوعة بواسطة تقنية التصنيع المضافة ؛ يحتوي محرك GE9X المتقدم من GE على أكثر من ثلث المكونات ، ويتم ذلك عن طريق التصنيع الإضافي.
عندما نفكر في دورة حياة المنتج الكاملة لتصميم وتصنيع منتجات الفضاء ، والنقل الجوي ، وصيانة المنتج ، والصيانة من منظور تنموي ، تحدد خصائص تقنية التصنيع المضافة أنها تتمتع بمزايا كبيرة على التصنيع التقليدي من حيث حيادية الكربون.
التصميم والتصنيع
1. لا حاجة لفتح القالب ، التكرار السريع. الميزة الأكثر بروزًا لتقنية التصنيع المضافة هي أنه يمكن إنشاء أجزاء من أي شكل مباشرة من بيانات رسومات الكمبيوتر دون معالجة أو أي قالب ، مما سيقلل بشكل كبير من العملية التكرارية ، ويقصر من تطوير المنتج ودورة التصنيع ، ويزيد الطاقة في عمليات التطوير. يتم تقليل الاستهلاك بشكل كبير. قال البروفيسور وانغ هوامينج من جامعة بيهانغ ذات مرة إنه يمكن للصين الآن استخدام تكنولوجيا التصنيع المضافة لطباعة إطار النافذة الزجاجية لقمرة القيادة لطائرة C919 في 55 يومًا فقط ، بينما قالت شركة تصنيع طائرات أوروبية إنها ستنتج نفس الشيء لمدة 2 على الأقل. سنوات. تقلل تكنولوجيا تصنيع المواد بشكل كبير من دورة الإنتاج وتحسن الكفاءة.
2. الشكل الصافي ، ارتفاع معدل استخدام المواد. الطريقة الرئيسية التي يمكن أن يكون فيها التصنيع الإضافي محايدًا كربونيًا هي استخدام مواد أقل لكل جزء ومكون ومنتج. التصنيع الإضافي هو شكل صافي ، مما يقلل بشكل كبير من النفايات المتولدة في عملية القطع والطحن والطحن للتصنيع التقليدي ، كما تم تحسين معدل استخدام المواد للمنتج النهائي بشكل كبير. بالإضافة إلى ذلك ، من خلال تحسين الهيكل ، يمكن أيضًا أن يحقق تكوين الهياكل الشبكية ، والهياكل الشبكية ، وما إلى ذلك ، الغرض من توفير المواد.
3. تكامل الهيكل الوظيفي ، وتقليل إجراءات المعالجة والتجميع. لا تتطلب تقنية الإضافات أدوات وتركيبات تقليدية وإجراءات معالجة متعددة ، ويمكنها بسرعة وبدقة تصنيع أجزاء من أي شكل معقد على جهاز واحد ، وبالتالي تحقيق تكامل وظائف وهياكل الأجزاء ، وتقليل إجراءات المعالجة والتجميع بشكل كبير. عملية تحقيق هدف خفض الكربون لعملية التصنيع.
Aالشحن بالأشعة تحت الحمراء
1. تقليل الوزن وتقليل استهلاك الوقود. بالنسبة لمعدات الطيران ، فإن تخفيض الوزن هو موضوعها الأبدي ، ويمكن أن يوفر خفض الوزن بنسبة 5 بالمائة 20 بالمائة من استهلاك الوقود. يمكن أن يقلل التصنيع الإضافي من استهلاك الطاقة أثناء النقل عن طريق تقليل وزن مكونات الطائرات.
2. تحسين كفاءة احتراق المحرك وتقليل استهلاك الوقود. داخل المحرك ، تكمل تقنية التصنيع الإضافي تصنيع غرفة الاحتراق والعديد من العناصر الهيكلية ، مما يجعل المحرك أبسط وأخف وزناً وأكثر إحكاما ، مما يسمح له بتوفير ما يصل إلى 15 بالمائة من الوقود عن طريق تحسين كفاءة الوقود من خلال التصميم وحده.
3. الطباعة حسب الطلب ، مما يقلل من إهدار الطاقة. يقلل التصنيع في الموقع والطباعة عند الطلب من إهدار الطاقة بشكل عام ويقلل من انبعاثات الكربون. يتم التخلص فعليًا من التكاليف البيئية مثل التجميع والنقل والخدمات اللوجستية والتخزين وما إلى ذلك ، مما يؤدي إلى تحسين استخدام الطاقة والموارد.
إصلاح وصيانة
1. إعادة التدوير الخضراء ومنخفضة الكربون. يمكن أن يحقق التصنيع الإضافي إعادة استخدام الأجزاء المهملة من خلال تكنولوجيا الطحن ، وتحقيق تطور صناعة الطيران في اتجاه الاقتصاد الدائري. على سبيل المثال ، تتمثل الفكرة التقنية لشركة MolyWorks في الولايات المتحدة في تحويل نفايات الطباعة المعدنية إلى مسحوق عالي الجودة. في الوقت نفسه ، اقترحت الشركة نموذج تطوير الأعمال "Mobile Foundry" ، أي يتم هضم النفايات المعدنية وتحويلها إلى مسحوق عالي الجودة في الحال.
3. الإصلاح الجزئي لتجنب تخريد الأجزاء. بناءً على خصائص التصنيع طبقة تلو الأخرى لتصنيع المواد المضافة ، يعتبر الجزء التالف فقط بمثابة ركيزة خاصة ، ويمكن استعادة شكل الجزء عن طريق التشكيل بالليزر ثلاثي الأبعاد على الجزء التالف ، ويمكن أن يتقابل الأداء متطلبات الاستخدام. يتم تحقيق دورة فعالة منخفضة الكربون لعملية تصنيع الأجزاء ، مما يوفر الطاقة المستهلكة في إنتاج مواد وأجزاء جديدة. على سبيل المثال ، بالنسبة لأجزاء قرص التوربينات ، عند تلف شفرة على القرص ، يكون من الضروري فقط استخدام تقنية التصنيع المضافة لإصلاح الشفرة التالفة لاستعادة وظيفة القرص وتجنب تخريد قرص التوربين بأكمله.
3. تحسين أداء الأجزاء وزيادة عمر الخدمة. من خلال تحسين هيكل الأجزاء ، يمكن توزيع ضغط الأجزاء بالطريقة الأكثر منطقية ، مما يقلل من مخاطر حدوث شقوق التعب ، وبالتالي زيادة عمر الخدمة وتقليل البصمة الكربونية. على سبيل المثال ، لا تفي معدات الهبوط التي تم تصنيعها بواسطة تقنية 3D على المقاتلة الأمريكية F16 بمعايير الاستخدام فحسب ، بل يبلغ متوسط العمر الافتراضي لها 2.5 مرة العمر الأصلي.
اقتراحات للتوجهات المستقبلية
من أجل زيادة تحسين قدرة التصنيع الإضافي لتحقيق حياد الكربون في صناعة الطيران ، تم اقتراح اتجاهات التطوير التالية.
1. تحسين البنية المجهرية المادية. يتم إنشاء قاعدة بيانات احترافية من خلال الجينوم المادي لتحقيق التحسين الذكي لاختيار المواد. من خلال إنشاء العلاقة الجوهرية بين التركيب والعملية والبنية الدقيقة والأداء ، تم تصميم البنية المجهرية التي تلبي متطلبات حياد الكربون وفقًا لخصائص المادة.
2. تحسين الهيكلية الهيكلية ومتعددة التخصصات. قم بتقديم تصميم حجم مدفوع بالفيزياء المتعددة ، وقم بدمج الميزات متعددة المقاييس والمواد متعددة الأنواع رقميًا ، والحفاظ على الخصائص الميكانيكية اللازمة ، وتحقيق اندماج الوظائف الهيكلية لتقليل استهلاك المواد وتقليل وزن المكونات.
3. الجمع بين الذكاء الاصطناعي وتكنولوجيا البيانات المزدوجة. دمج المعدات أو التقنيات المتقدمة مثل مراقبة العمليات وإدراك المعلومات والتعلم الآلي والذكاء الاصطناعي وقواعد البيانات وما إلى ذلك. دمج الإنترنت الصناعي في التوأم الرقمي للتصنيع الإضافي ، بحيث يمكن مشاركة البيانات والنماذج وتحليلها من خلال الأنظمة الأساسية السحابية ، و يمكن تحسين النظام البيئي الرقمي الإضافي. يمكن أن يلعب التصنيع الإضافي دورًا رئيسيًا في تقليل الكربون في كل رابط لتصنيع أجزاء الطائرات.