หลังจากที่มีการเขียนคาร์บอนพีคกิ้งและความเป็นกลางของคาร์บอนเป็นครั้งแรกในรายงานการทำงานของรัฐบาลจีนในปี พ.ศ. 2564 ความเป็นกลางของคาร์บอนในสองช่วงต่อเนื่องได้กลายเป็นหัวข้อสนทนาที่ร้อนแรงอีกครั้ง ภาวะโลกร้อนนำไปสู่ความเสี่ยงด้านสภาพอากาศที่เพิ่มขึ้น และการบรรลุความเป็นกลางของคาร์บอนเป็นภารกิจที่เร่งด่วนที่สุดในโลกปัจจุบัน เมื่อพิจารณาจากปริมาณการปล่อยคาร์บอนทั้งหมดในระดับโลก อันที่จริงแล้วอุตสาหกรรมการบินไม่ใช่ครัวเรือนที่มีการปล่อยคาร์บอนขนาดใหญ่มาก แต่เป็น "ครัวเรือนที่ยากลำบาก" ในการลดการปล่อยคาร์บอนอย่างแน่นอน ด้วยจำนวนเครื่องบินที่เพิ่มขึ้น ยังคงเป็นงานที่ท้าทายในการสำรวจและปรับปรุงวิธีการประหยัดพลังงานและลดการปล่อยมลพิษอย่างต่อเนื่องเพื่อให้บรรลุเป้าหมายที่กำหนดไว้ของความเป็นกลางของคาร์บอนในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ
การผลิตสารเติมแต่งช่วยให้วงจรชีวิตเป็นกลางของคาร์บอนในอุตสาหกรรมการบิน
นักวิชาการ Lu Bingheng ชี้ให้เห็นว่า: "ในอนาคต อุตสาหกรรมการผลิตของจีนจะแบ่งออกเป็นสามส่วน ได้แก่ วัสดุ การลดวัสดุ และการเพิ่มวัสดุ" โดยเฉพาะอย่างยิ่งในด้านการบิน การผลิตแบบเติมเนื้อวัสดุมีข้อได้เปรียบที่ไม่เหมือนใคร เช่น การลดน้ำหนักของเครื่องบิน การสร้างชิ้นส่วนที่ซับซ้อน และการรวมส่วนประกอบเข้าด้วยกัน ซึ่งแสดงให้เห็นถึงคุณค่าที่ดีและโอกาสในการใช้งานในวงกว้าง ชิ้นส่วนของเครื่องบินโดยสารขนาดใหญ่ในประเทศ C919 ใช้เทคโนโลยีการผลิตแบบเติมเนื้อวัสดุเพื่อประมวลผลแนวปีกกลาง โบอิ้ง 787 ดรีมไลเนอร์มีชิ้นส่วน 30 ชิ้นที่ผลิตโดยเทคโนโลยีการผลิตแบบเติมเนื้อวัสดุ เครื่องยนต์อากาศยานขั้นสูงของ GE GE9X มีส่วนประกอบมากกว่าหนึ่งในสาม ซึ่งผลิตโดยการผลิตแบบเพิ่มเนื้อ
เมื่อเราพิจารณาวงจรชีวิตผลิตภัณฑ์ทั้งหมดของการออกแบบและการผลิตผลิตภัณฑ์ด้านการบินและอวกาศ การขนส่งทางอากาศ การบำรุงรักษาผลิตภัณฑ์ และการบำรุงรักษาจากมุมมองของการพัฒนา ลักษณะของเทคโนโลยีการผลิตแบบเติมเนื้อจะระบุว่าเทคโนโลยีนี้มีข้อได้เปรียบเหนือการผลิตแบบดั้งเดิมในแง่ของความเป็นกลางของคาร์บอนอย่างมาก
ออกแบบและผลิต
1. ไม่จำเป็นต้องเปิดแม่พิมพ์ ทำซ้ำได้รวดเร็ว ข้อได้เปรียบที่โดดเด่นที่สุดของเทคโนโลยีการผลิตแบบเพิ่มเนื้อคือ สามารถสร้างชิ้นส่วนของรูปร่างใดๆ ได้โดยตรงจากข้อมูลกราฟิกคอมพิวเตอร์โดยไม่ต้องใช้เครื่องจักรหรือแม่พิมพ์ใดๆ ซึ่งจะช่วยลดกระบวนการวนซ้ำได้อย่างมาก ลดระยะเวลาการพัฒนาผลิตภัณฑ์และวงจรการผลิต และเพิ่มพลังงานใน กระบวนการพัฒนา. การบริโภคจะลดลงอย่างมาก ศาสตราจารย์ Wang Huaming จากมหาวิทยาลัย Beihang เคยกล่าวไว้ว่าขณะนี้จีนสามารถใช้เทคโนโลยีการผลิตแบบเติมเนื้อวัสดุเพื่อพิมพ์กรอบหน้าต่างกระจกห้องนักบินของเครื่องบิน C919 ได้ในเวลาเพียง 55 วัน ในขณะที่บริษัทผู้ผลิตเครื่องบินของยุโรปกล่าวว่าพวกเขาจะผลิตสิ่งเดียวกันเป็นเวลาอย่างน้อย 2 ปี ปี. เทคโนโลยีการผลิตวัสดุทำให้วงจรการผลิตสั้นลงอย่างมากและช่วยเพิ่มประสิทธิภาพ
2. รูปร่างสุทธิ อัตราการใช้วัสดุสูง วิธีสำคัญที่การผลิตสารเติมแต่งสามารถทำให้คาร์บอนเป็นกลางได้คือการใช้วัสดุน้อยลงสำหรับแต่ละชิ้นส่วน ส่วนประกอบ และผลิตภัณฑ์ การผลิตแบบเติมเนื้อเป็นรูปทรงสุทธิ ซึ่งช่วยลดของเสียที่เกิดขึ้นในกระบวนการตัด กัด และเจียรของการผลิตแบบดั้งเดิมได้อย่างมาก และอัตราการใช้วัสดุของผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายก็ดีขึ้นอย่างมาก นอกจากนี้ โดยการเพิ่มประสิทธิภาพโทโพโลยี การก่อตัวของโครงสร้างขัดแตะ โครงสร้างขัดแตะ ฯลฯ สามารถบรรลุวัตถุประสงค์ในการประหยัดวัสดุได้
3. การรวมโครงสร้างการทำงาน ลดขั้นตอนการประมวลผลและการประกอบ เทคโนโลยีสารเติมแต่งไม่ต้องการเครื่องมือและอุปกรณ์จับยึดแบบเดิมและขั้นตอนการประมวลผลหลายขั้นตอน และสามารถผลิตชิ้นส่วนที่มีรูปร่างซับซ้อนได้อย่างรวดเร็วและแม่นยำในอุปกรณ์เครื่องเดียว ด้วยเหตุนี้จึงทำให้เกิดการผสานรวมของฟังก์ชันและโครงสร้างของชิ้นส่วน และลดขั้นตอนการประมวลผลและการประกอบลงอย่างมาก กระบวนการเพื่อให้บรรลุเป้าหมายคาร์บอนต่ำของกระบวนการผลิต
Aการขนส่งทางอากาศ
1. ลดน้ำหนักและลดการใช้เชื้อเพลิง สำหรับอุปกรณ์การบิน การลดน้ำหนักเป็นหัวข้อที่คงอยู่ตลอดไป และการลดน้ำหนักลง 5 เปอร์เซ็นต์ สามารถประหยัดการใช้เชื้อเพลิงได้ 20 เปอร์เซ็นต์ การผลิตแบบเติมเนื้อสามารถลดการใช้พลังงานระหว่างการขนส่งได้โดยการลดน้ำหนักของส่วนประกอบเครื่องบิน
2. ปรับปรุงประสิทธิภาพการเผาไหม้ของเครื่องยนต์และลดการใช้เชื้อเพลิง ภายในเครื่องยนต์ เทคโนโลยีการผลิตสารเติมแต่งช่วยเติมเต็มการผลิตห้องเผาไหม้และองค์ประกอบโครงสร้างมากมาย ซึ่งทำให้เครื่องยนต์เรียบง่าย เบาขึ้น และกะทัดรัดยิ่งขึ้น ซึ่งช่วยให้ประหยัดเชื้อเพลิงได้ถึง 15 เปอร์เซ็นต์โดยการปรับปรุงประสิทธิภาพการใช้เชื้อเพลิงโดยการออกแบบเพียงอย่างเดียว
3. พิมพ์ตามต้องการ ลดการสูญเสียพลังงาน การผลิตในสถานที่และการพิมพ์ตามต้องการช่วยลดการสูญเสียพลังงานโดยรวมและลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ ต้นทุนด้านสิ่งแวดล้อม เช่น การประกอบ การขนส่ง การขนส่ง การจัดเก็บ ฯลฯ ถูกขจัดออกไปอย่างแท้จริง ส่งผลให้มีการใช้พลังงานและทรัพยากรดีขึ้น
การซ่อมแซมและบำรุงรักษา
1. การรีไซเคิล สีเขียว และคาร์บอนต่ำ การผลิตแบบเติมเนื้อทำให้สามารถนำชิ้นส่วนที่ถูกทิ้งกลับมาใช้ซ้ำได้ผ่านเทคโนโลยีการกัด และตระหนักถึงการพัฒนาอุตสาหกรรมการผลิตการบินในทิศทางของเศรษฐกิจหมุนเวียน ตัวอย่างเช่น แนวคิดทางเทคนิคของ MolyWorks ในสหรัฐอเมริกาคือการแปลงขยะจากการพิมพ์โลหะให้เป็นผงคุณภาพสูง ในเวลาเดียวกัน บริษัทได้เสนอรูปแบบการพัฒนาธุรกิจ "Mobile Foundry" นั่นคือ เศษโลหะจะถูกย่อยและแปลงเป็นผงคุณภาพสูงทันที
3. ซ่อมแซมบางส่วนเพื่อหลีกเลี่ยงการเสียชิ้นส่วน ขึ้นอยู่กับลักษณะการผลิตแบบทีละชั้นของการผลิตแบบเพิ่มเนื้อ เฉพาะส่วนที่เสียหายเท่านั้นที่ถือเป็นพื้นผิวพิเศษ และรูปร่างของชิ้นส่วนสามารถคืนค่าได้ด้วยการขึ้นรูปสามมิติด้วยเลเซอร์บนส่วนที่เสียหาย และประสิทธิภาพสามารถตอบสนองได้ ข้อกำหนดในการใช้งาน วงจรคาร์บอนต่ำที่ดีของกระบวนการผลิตชิ้นส่วนได้รับการยอมรับ ประหยัดพลังงานที่ใช้ในการผลิตวัสดุและชิ้นส่วนใหม่ ตัวอย่างเช่น สำหรับชิ้นส่วนดิสก์เทอร์ไบน์ เมื่อใบมีดบนดิสก์เสียหาย จำเป็นต้องใช้เทคโนโลยีการผลิตแบบเติมเนื้อเพื่อซ่อมแซมเบลดที่เสียหายเท่านั้น เพื่อคืนค่าการทำงานของดิสก์และหลีกเลี่ยงการทำให้ดิสก์เทอร์ไบน์เสียหายทั้งหมด
3. ปรับปรุงประสิทธิภาพของชิ้นส่วนและเพิ่มอายุการใช้งาน โดยการปรับโครงสร้างของชิ้นส่วนให้เหมาะสมที่สุด ความเครียดของชิ้นส่วนสามารถกระจายไปในทางที่เหมาะสมที่สุด ลดความเสี่ยงที่จะเกิดรอยแตกเมื่อยล้า ซึ่งจะเป็นการเพิ่มอายุการใช้งานและลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ ตัวอย่างเช่น เกียร์ลงจอดที่ผลิตโดยเทคโนโลยี 3D บนเครื่องบินขับไล่ American F16 ไม่เพียงแต่ตรงตามมาตรฐานการใช้งานเท่านั้น แต่ยังมีอายุการใช้งานเฉลี่ย 2.5 เท่าของรุ่นดั้งเดิมอีกด้วย
คำแนะนำสำหรับทิศทางในอนาคต
เพื่อปรับปรุงความสามารถในการผลิตเพิ่มเติมเพื่อให้เกิดความเป็นกลางของคาร์บอนในอุตสาหกรรมการบิน มีการเสนอทิศทางการพัฒนาต่อไปนี้
1. การเพิ่มประสิทธิภาพโครงสร้างจุลภาคของวัสดุ ฐานข้อมูลระดับมืออาชีพถูกสร้างขึ้นผ่านจีโนมวัสดุเพื่อให้เกิดประสิทธิภาพสูงสุดในการเลือกวัสดุ ด้วยการสร้างความสัมพันธ์ที่แท้จริงระหว่างองค์ประกอบ กระบวนการ โครงสร้างจุลภาค และประสิทธิภาพ โครงสร้างจุลภาคที่ตรงตามข้อกำหนดความเป็นกลางของคาร์บอนได้รับการออกแบบตามคุณสมบัติของวัสดุ
2. การเพิ่มประสิทธิภาพโครงสร้างและสหสาขาวิชาชีพ แนะนำการออกแบบปริมาตรที่ขับเคลื่อนด้วยหลายฟิสิกส์ ผสานรวมคุณสมบัติหลายมาตราส่วนและวัสดุหลายประเภทแบบดิจิทัล รักษาคุณสมบัติทางกลที่จำเป็น และบรรลุการหลอมรวมฟังก์ชันโครงสร้างเพื่อลดการใช้วัสดุและลดน้ำหนักของส่วนประกอบ
3. การผสมผสานระหว่างปัญญาประดิษฐ์และเทคโนโลยีดาต้าทวิน ผสานรวมอุปกรณ์หรือเทคโนโลยีขั้นสูง เช่น การตรวจสอบกระบวนการ การรับรู้ข้อมูล การเรียนรู้ของเครื่อง ปัญญาประดิษฐ์ ฐานข้อมูล ฯลฯ ผสานรวมอินเทอร์เน็ตอุตสาหกรรมเข้ากับดิจิทัลทวินสำหรับการผลิตแบบเพิ่มเนื้อ เพื่อให้สามารถแชร์และวิเคราะห์ข้อมูลและแบบจำลองผ่านแพลตฟอร์มคลาวด์ และ ระบบนิเวศดิจิทัลเพิ่มเติมสามารถปรับปรุงได้ การผลิตแบบเติมเนื้อสามารถมีบทบาทสำคัญในการลดคาร์บอนในทุกส่วนเชื่อมโยงของการผลิตชิ้นส่วนเครื่องบิน