Geimferðageirinn - þar á meðal atvinnu- og gervitungl, geimför, drónar og ómannað loftfarartæki (UAV) - hefur gengið í gegnum nokkrar róttækar breytingar á undanförnum árum. Sífellt fleiri fyrirtæki bætast í geimkapphlaupið og mörg þeirra þurfa á nýstárlegri framleiðslutækni að halda.
Hæfni leysirvinnslu til að auka framleiðni og halda kostnaði lágum gæti gegnt lykilhlutverki í að átta sig á þessum viðbrögðum frá geimferðaiðnaðinum. Laservinnsla - sem gerir sér grein fyrir aðgerðum í formi skurðar, suðu, sprengingar og borunar - er orðinn óaðskiljanlegur hluti af flugvélaframleiðslu.
Til dæmis eru leysir notaðir til að framleiða flaps, vængjafestingar, þotuhreyfilhluta og sætishluta fyrir flugvélavængi, auk þess að gera við hverfla, hreinsa eða fjarlægja málningu af hlutum og undirbúa yfirborð íhluta fyrir frekari vinnslu. Undanfarin ár hefur laseraukefnisframleiðsla (AM) einnig náð vinsældum í geimflugsgeiranum. Auk þess er markaðurinn að leitast við að bæta rekjanleika flugvélaíhluta og við það eykst eftirspurn eftir leysimerkingum.
Laserskurður og suðu
Laserskurður er hratt, hagkvæmt og nákvæmt ferli sem hægt er að nota til að mæta krefjandi framleiðslukröfum fluggeirans.
Í samanburði við hefðbundna vinnslu býður leysirskurður upp á mikla nákvæmni, minni efnissóun, hraðari vinnsluhraða, lægri kostnað og minna viðhald á búnaði. Að auki hámarkar það framleiðni því það er fljótlegt og auðvelt að gera allar nauðsynlegar breytingar á vinnslunni.
Laser er hægt að nota til að framleiða vængfestingarhluta, festingarhluta, endingarhluta, verkfærahluta og fleira. Það hentar jafnt fyrir smærri hluta, eins og ágræddar olíuþéttingar og títan stýrirörsgreinir, sem og stærri hluta, eins og útblásturskeilur. Það getur unnið úr margs konar geimferðaefnum, þar á meðal ál, Hastelloy (nikkel sem hefur verið blandað með frumefnum eins og mólýbdeni og króm), Inconel, Nitinol, Nitinol, ryðfríu stáli, tantal og títan.
Lasersuðu er einnig notað í geimferðum sem valkostur við hefðbundnar sameiningaraðferðir eins og límtengingu og vélrænni festingu. Sem dæmi má nefna að notkun leysisuðu á léttum álblöndur og koltrefjastyrktar fjölliður (CFRP) í flugvélaframleiðslu eru efni sem verða sífellt mikilvægari og eru notuð til að skipta um hnoð þar sem hægt er. Aðferðir eins og laserpendulsuðu hafa einnig verið farsælar við að tengja eldsneytisgeyma, bæta skilvirkni og styrk liða, draga úr endurvinnslu og spara verulegan kostnað. Önnur árangur í suðu í geimferðum felur í sér að festa steypta kjarna túrbínublaða við hlífar; og búa til nýjar gerðir af léttum vængflöppum sem auka lagskiptaflæðisstýringu, lágmarka viðnám og hámarka eldsneytisnýtingu.
Með möguleika á kostnaðarsparnaði, lækkun hlutaþyngdar og bættum suðugæði umfram hefðbundnar aðferðir eru nokkrir framleiðendur á markaðnum í dag jafnvel farnir að íhuga leysisuðu fyrir flugskrammahluta.
Laserhreinsun
Framleiðendur í geimferðageiranum nota laserhreinsun til að fjarlægja lög af málm- og samsettum flötum í undirbúningi fyrir vinnslu, til að fjarlægja húðun eða tæringu og til að fjarlægja málningu af stórum hlutum eða heilum flugvélum fyrir endurmálun.
Meðan á hreinsunarferlinu stendur frásogast leysirljósið og gufar upp af yfirborðslögum málmsins, sem leiðir til brottnáms yfirborðsefnisins með lítil eða engin áhrif á innri lögin og engin varmaskemmdir á íhlutnum. Pulsaðir trefjaleysir í kílóvattaflokknum henta sérstaklega vel fyrir hraða leysishreinsun - þeir leyfa skilvirka, hárnákvæma hreinsun á fjölbreyttu úrvali efna, þar á meðal keramik, samsett efni, málma og plast.
Notkun samsettra efna í flugvélum hefur aukist á undanförnum árum og einnig þörfin á að festa málma á samsett efni. Í flugvélaframleiðslu er hægt að nota lím til að sameina þessi tvö mismunandi efni og til að skapa sterk tengsl þarf að undirbúa báða fletina vandlega fyrir vinnslu áður en límið er sett á.
Laserhreinsun er kjörinn kostur þar sem hún skapar mjög þétt stjórnaða, afritanlega yfirborðsáferð sem er fær um að ná stöðugu, fyrirsjáanlegu sambandi. Hefð er fyrir því að þetta væri gert með eyðileggjandi sprengingartækni eða notkun nokkurra efna. Hins vegar býður leysirhreinsun nú upp á eins skrefs nálgun sem er ekki aðeins hagkvæmari og afkastameiri, heldur hefur hún einnig minni áhrif á umhverfið þar sem engin eitruð efni eða sprengiefni eru nauðsynleg. Áhrif leysirhreinsunar á hlutum eru líka mun mildari en hefðbundnar aðferðir.
Laserhreinsun málm- og samsettra flugvélahluta er einnig hagstæðari en efnahreinsun eða sprengingartækni þegar kemur að málningarhreinsun. Flugvél getur verið endurmálað 4-5 sinnum á líftíma hennar og það getur tekið viku eða meira að fjarlægja málningu af heilu flugvélinni með hefðbundinni tækni. Aftur á móti, allt eftir stærð flugvélarinnar, getur laserhreinsun stytt þennan tíma niður í 3-4 daga og það auðveldar starfsmönnum einnig aðgang að hlutum. Að auki, þegar það er notað til að fjarlægja málningu frekar en að efnahreinsa eða sprengja, getur leysirhreinsun leitt til verulegs kostnaðarsparnaðar - þúsundir punda á flugvél - vegna minnkunar á hættulegum úrgangi um 90% eða meira og minni kröfur um meðhöndlun efnis.
Leysir skot Peening/Laser Högg Peening
Álag í málmíhlutum getur leitt til málmþreytubilunar í flugvélaíhlutum (svo sem viftublöð í þotuhreyflum), sem getur valdið skemmdum eða meiðslum. Hægt er að draga úr þessu með tækni sem kallast laserpeening.
Í þessu ferli er leysipúlsum beint inn á svæði með mikilli álagsstyrk og hver púls kveikir í örlítilli plasmasprengingu á milli yfirborðs íhlutarins og lags af vatni sem úðað er ofan á. Vatnslagið takmarkar sprenginguna, sem veldur því að höggbylgjan kemst í gegnum íhlutinn og skapar þrýstispennu eftir því sem útbreiðslusvæði hans stækkar. Þessar streitu auka líkurnar á sprungum og annars konar þreytuþoli í málmum. Laserpening getur lengt endingartíma málmhluta um 10-15 stuðul samanborið við hefðbundna ferla.
Laser sprengingar eru í auknum mæli notaðar í geimferðaiðnaðinum. Sem dæmi má nefna að LSP Technologies og Airbus hafa í sameiningu þróað færanlegt leysislitkerfi sem nýlega var prófað og metið í viðhalds- og viðgerðarstöð Airbus í Toulouse í Frakklandi.
Leopard leysislitunarkerfið mun lengja þreytulífið með því að hindra tilkomu og stækkun sprungna af völdum hringlaga titringsálags. Sveigjanleiki ljósleiðaragjafar og sérsniðin verkfæri gerir kerfinu kleift að leysigeisla svæði sem erfitt er fyrir flugvélar að ná til. Að sögn samstarfsaðilanna er kerfið bylting í leysislitunartækni sem mun auka notkun þess, meðal annars lengja endingu þotuhreyflablaða.
Laser borun
Nútíma flugvélar eru með um 500,000 holur, um það bil 100 sinnum fleiri en vélar sem smíðaðar voru á níunda áratugnum. Á sama tíma framleiða flugvélaframleiðendur aukinn fjölda annarra íhluta sem eru með fjölda hola boruð fyrir hnoð- og skrúftengingar. Í geimgeiranum hefur leysiborun því mikla markaðsmöguleika vegna þess að hún býður upp á nákvæmt, endurtekið, hratt og hagkvæmt ferli.
Til dæmis er verið að þróa ný aflmikil femtósekúndu leysikerfi fyrir skilvirka og nákvæma örborun á stórum títan HLFC (Hybrid Laminar Flow Control) spjöldum sem verða festir á vængja- eða halastöðugleika. Þessar spjöld draga loft í gegnum lítil göt, sem dregur úr núningsþoli og dregur úr eldsneytisnotkun.
Þar sem leysiborun er snertilaus þarf ekki að festa efnið sem unnið er með á sama hátt og ef unnið væri með hefðbundnum verkfærum. Annar kostur við að vera snertilaus er að ekkert slit á verkfærum á sér stað, sem táknar sérstakan kost við að bora CFRP íhluti. Vegna hörku þeirra geta CFRP íhlutir verið mjög slípiefni fyrir hefðbundin verkfæri. Einnig er hægt að framkvæma leysiboranir á mjög miklum hraða, þannig að of mikið tjón af völdum hita skaðar ekki efnið sem unnið er með.
Aukaframleiðsla
Laser Additive Manufacturing (AM) er einnig í örum vexti í geimferðaiðnaðinum. Í þessari tækni bræðir leysir röð af duftlögum til að búa til form. Eldflaugafyrirtæki í Kaliforníu pantaði meira að segja nýlega tvo 12-leysigeisla þrívíddarprentara til að gera geimferðir sínar hagkvæmari og skilvirkari með því að búa til léttari, hraðari og sterkari geimhluta.
Þó að mörg þessara verkefna séu enn í prófunarfasa hefur framleiðsla á leysiefnablöndu þegar verið notuð með góðum árangri í tveimur ferðum til Mars. Curiosity flakkari NASA, sem lenti í ágúst 2012, var fyrsta ferðin til Mars til að bera þrívíddarprentaða hluta. Þetta er keramikhluti í Sample Analysis for Mars (SAM) tækinu, hluti af áframhaldandi prófunaráætlun til að kanna áreiðanleika aukefnaframleiðslutækni.
NASA-smíðað tvímálmsbrennsluhólf með GRCop-42 L-PBF þéttingum og Nasa HR-1 LP-DED slíðri
Á sama tíma inniheldur Perseverance flakkari NASA, sem lenti á Mars í febrúar 2021, 11 málmhlutar sem eru framleiddir með laseraukefnisframleiðslu. Fimm þessara hluta eru í Perseverance's Planetary Instrument for X-ray Petrochemistry (PIXL), sem leitar að merkjum um steingervingalíf örvera á Mars. Þessir hlutar þurfa að vera svo léttir að ekki sé hægt að framleiða þá með hefðbundinni smíða-, mótunar- og skurðartækni.
NASA hefur einnig verið að gera tilraunir með notkun leysiefnaframleiðslu fyrir eldflaugaíhluti. Í einni rannsókn var brunahólf eldflaugahreyfils gert úr koparblendi. Þessi áframhaldandi þróun á framleiðslu á laseraukefnum hefur skilað sér í íhlut sem hægt er að framleiða á um helmingi kostnaðar og á einum sjötta tímanum sem þarf til hefðbundinnar vinnslu, samsetningar og samsetningar. Vegna þess að koparblöndurnar sem notaðar eru endurspegla mjög innrauða leysigeisla, er NASA nú að rannsaka hvernig grænir eða bláir leysir geta bætt skilvirkni og framleiðni.
Þó að aukefnisframleiðsla í geimferðum sé nú á frumstigi, er búist við að þau muni vaxa á næstu 20 árum.
Laser brúttó
Laser vinningur er líka mjög nýtt forrit í geimferðaiðnaðinum. Í þessu ferli eru ofurhröðir leysir notaðir til að búa til ör- og nanóbyggingar á yfirborði flugvéla með tækni sem kallast bein leysir truflun mynstur (DLIP), sem er notuð til að búa til náttúruleg „lótusáhrif“ sem búa til nanóbyggingar sem hjálpa til við að koma í veg fyrir yfirborðsmengun eins og og ísmyndun á flugvélinni.
Nýstárleg ljósfræði kljúfi öflugan ofurhraðan leysirpúls í nokkra hlutageisla sem síðan eru sameinaðir á yfirborðinu sem unnið er með. Þegar þau eru skoðuð í smásjá líkjast smásmíðin sem myndast smásæjum "sali" af "súlum" eða gárum. Fjarlægðin á milli "súlanna" er á milli um 150 nm og 30 μm - þessi uppbygging gerir það að verkum að vatnsdropar bleyta ekki lengur yfirborðið og festast við það vegna þess að þeir hafa ekki nægilegt grip á yfirborðinu.
Ávinningurinn af þessu efni fyrir flugvélar felur í sér aukna fráhrindingu vatns, íss og skordýra. Þetta getur fest sig við yfirborð flugvélarinnar og aukið vindmótstöðu flugvélarinnar og þannig aukið eldsneytisnotkun. Notkun þessarar leysir áferð myndi draga úr þörfinni fyrir eitruð efnafræðileg meðferð sem nú er notuð á yfirborð flugvéla til að forðast ísingu. Það er vitað að það eldist með tímanum og er næmt fyrir skemmdum. Ennfremur geta leysirbyggingar sem framleiddar eru með DLIP-aðferðinni endast í mörg ár og valda ekki umhverfisvandamálum.
Laser skoðun og álagsreglugerð
Til viðbótar við ofangreindar aðgerðir er hægt að nota samsetningu leysis og ómskoðunar til að skoða og stjórna álagi á flóknum málmbyggingarhlutum. Notkun háorku púls leysir aðgerð á yfirborði hlutarins sem á að prófa, yfirborð staðbundins hitastigs breytist, sem veldur því að hluturinn er prófaður í yfirborðslagi hitauppstreymis, örvun ómskoðunar, ómskoðun mun bera efnisyfirborðið og innri gagnlegar upplýsingar, ómhljóðmerki með skynjara til að taka á móti, gagnavinnsla og greining á hlutnum sem á að skoða til að ákvarða tilvist eða fjarveru galla.
Að auki, vegna þess að leysir ómskoðun hefur mikla tíma- og staðbundna upplausn, getur framleitt ríkt bylgjulögun, breitt bandbreidd ómskoðunar osfrv., Eftir að hafa skipt um og leysir örvun breytu aðlögun, getur leysir ómskoðun verið í hlutum hvers tilgreinds hluta. til að fjarlægja alla togspennu, ef ekki er að eyðileggja heilleika yfirborðsins, án upphitunar, myndun ákveðinnar þykktar þrýstispennustyrktar lags. Það er einnig hægt að stilla álagsgildið að hönnunarkröfusviðinu, sem getur verulega hámarkað þreytu og sprunguþol staðbundinnar stöðu.
