Son yıllarda, ticari ve askeri uçaklar, uydular, uzay araçları, dronlar ve insansız hava araçları (İHA'lar) dahil olmak üzere havacılık dünyası bazı çarpıcı değişikliklere uğradı. Birçoğu yenilikçi üretim teknolojileri gerektiren uzay yarışına giderek daha fazla şirket katılıyor.
Buna karşılık, yeni taç salgınının ticari havacılıkta yarattığı seyahat kısıtlamalarının etkisi, sivil uçak üretim oranının üçte bir oranında düşmesine neden oldu.
2019'da Avrupa, çeşitli bileşenler ve uçak motorları da dahil olmak üzere sivil uçak ve helikopter üretiminde, yaklaşık 400000 istihdamı destekleyen ve 130 milyar avroluk gelir sağlayan dünya liderlerinden biriydi. Uzay araştırmaları ve savunması pandemiden büyük ölçüde etkilenmezken, sivil uçak üretimi hala toparlanıyor.
Tanınmış bir danışmanlık ve araştırma şirketi olan McKinsey, Şubat 2023'te yayınlanan "Uncertainty in Commercial Aerospace" (Ticari Havacılıkta Belirsizlik) raporunda, dünyanın 9.400 yolcu uçağının (çoğunlukla dar gövdeli jetler) inşasını sindirmesi gerektiğini bildirdi. ) 2027'nin sonuna kadar. uçak) biriktirme listesi. Ancak hava yolcu trafiğinin gelecekteki büyümesi, tedarik zincirlerinin ve iş gücünün sağlığı hakkında belirsizlik var. Sonuç olarak üreticilerin birikmiş işlerin üstesinden gelmek ve talepte gelecekteki değişikliklere yanıt vermek için üretim verimliliğini ve esnekliği artırması gerekiyor.
Lazer işlemenin üretkenliği artırma ve maliyetleri düşük tutma yeteneği, havacılık endüstrisinden bu tepkinin alınmasında önemli bir rol oynayabilir. Lazer işleme - kesme, kaynaklama, dövme ve delme şeklindeki işlemler - havacılık üretiminin ayrılmaz bir parçası haline geldi.
Örneğin, lazerler uçak kanatları, kanat bağlantı elemanları, jet motoru parçaları ve koltuk parçaları için kanat yapmak için kullanılır ve ayrıca türbinleri onarmak, parçalardan boyayı temizlemek veya çıkarmak ve parçaları daha sonraki işlemler için hazırlamak için kullanılır. parça yüzeyi. Son yıllarda, lazer katkılı üretim (AM) de uzay uçuşlarında popülaritesini artırdı. Ayrıca pazar, havacılık bileşenlerinin izlenebilirliğini geliştirmeyi umuyor ve lazer markalama gereksinimleri de artıyor.
Lazer kesim ve kaynak
Lazer kesim, havacılık sektörünün zorlu üretim gereksinimlerini karşılamak için kullanılan hızlı, uygun maliyetli ve hassas bir işlemdir.
Geleneksel işleme ile karşılaştırıldığında, lazer kesim yüksek hassasiyete, daha az malzeme atığına, hızlı işleme hızına, düşük maliyete ve daha az ekipman bakımına sahiptir. Ayrıca, işlemede gerekli değişiklikleri hızlı ve kolay bir şekilde yaptığı için üretkenliği en üst düzeye çıkarır.
Lazerler, kanat tutturucu parçaları, aparat parçaları, uç efektör parçaları, alet parçaları ve daha fazlasını üretmek için kullanılabilir. Aşılı yağ contaları ve titanyum tahliye kanalı manifoldları gibi küçük bileşenlerin yanı sıra egzoz konileri gibi daha büyük bileşenler için eşit derecede uygundur. Alüminyum, Hastelloy (molibden ve krom gibi elementlerle alaşımlı nikel), Inconel, Nitinol, Nitinol, paslanmaz çelik, tantal ve titanyum dahil olmak üzere çok çeşitli havacılık malzemelerini işleyebilir.
Lazer kaynak, yapıştırma ve mekanik tutturma gibi geleneksel birleştirme yöntemlerine alternatif olarak havacılıkta da kullanılmaktadır. Örneğin, uçak yapımında hafif alüminyum alaşımlarının ve karbon elyaf takviyeli polimerlerin (CFRP) lazer kaynağı kullanımı ilgi görüyor ve mümkün olan her yerde perçinlemenin yerini almak için kullanılıyor. Lazer dokuma kaynağı gibi teknikler de yakıt tanklarını birleştirmede, birleştirme verimliliğini ve gücünü artırmada, yeniden çalışmayı azaltmada ve çok para tasarrufu sağlamada başarılı olmuştur. Havacılık alanındaki diğer kaynak başarıları arasında, bir türbin kanadının döküm çekirdeğinin kapak plakasına birleştirilmesi; ve laminer akış kontrolünü artıran, sürtünmeyi en aza indiren ve yakıt verimliliğini optimize eden yeni bir tür hafif kanat kanadı oluşturmak.
Lazer kaynağı, geleneksel yöntemlere kıyasla maliyet tasarrufu sağlama, bileşen ağırlığını azaltma ve kaynak kalitesini iyileştirme potansiyeline sahiptir ve birçok üretici şu anda uçak gövdesi parçalarının üretimi için lazer kaynağını düşünmektedir.
Laser temizlik
Havacılık ve uzay sektöründeki imalatçılar, işleme hazırlığında metal ve kompozit yüzey katmanlarını çıkarmak, kaplamaları veya korozyonu gidermek ve yeniden boyamadan önce büyük bileşenlerden veya tüm uçaktan boyayı çıkarmak için lazer temizlemeyi kullanır.
Temizleme işlemi sırasında, lazer metal yüzey tarafından emilir ve buharlaştırılır, böylece yüzey malzemesinin çıkarılması sağlanırken iç katman malzemesi üzerinde çok az etkisi olur ve bileşenlerde tesadüfi termal hasara neden olmaz. Kilovat sınıfındaki darbeli fiber lazerler özellikle hızlı lazer temizleme için çok uygundur - seramik, kompozit, metal ve plastik gibi çok çeşitli malzemelerin verimli, yüksek hassasiyette temizlenmesini sağlarlar.
Son yıllarda uçaklarda kompozit malzemelerin kullanımı artmış ve bu nedenle metallerin kompozit malzemelerle birleştirilmesi ihtiyacı doğmuştur. Havacılık imalatında, bu iki farklı malzemeyi birleştirmek için yapıştırıcılar kullanılabilir. Güçlü bir bağ oluşturmak için, yapıştırıcı uygulanmadan önce iki yüzey dikkatlice hazırlanmalıdır.
Lazerle temizleme idealdir çünkü tutarlı, öngörülebilir birleştirme sağlayan çok sıkı bir şekilde kontrol edilen, tekrarlanabilir bir yüzey kaplaması oluşturur. Geleneksel olarak, bu, yıkıcı patlatma teknikleri veya çeşitli kimyasalların uygulanması yoluyla yapılırdı. Bununla birlikte, lazer temizleme artık yalnızca daha uygun maliyetli ve üretken olmakla kalmayıp, aynı zamanda toksik kimyasallar veya patlatma malzemeleri gerekmediğinden daha düşük çevresel etkiye sahip olan tek adımlı bir yöntem sunmaktadır. Lazer temizleme ayrıca parçalar üzerinde geleneksel yöntemlere göre çok daha naziktir.
Metal ve kompozit uçak parçalarının lazerle temizlenmesiayrıca boya sıyırma söz konusu olduğunda kimyasal sıyırma veya patlatma tekniklerinden daha faydalıdır. Kullanışlı ömrü boyunca, bir uçak 4-5 kez yeniden boyanabilir ve geleneksel teknikler kullanılarak boyanın tüm uçaktan çıkarılması bir hafta veya daha uzun sürebilir. Bunun tersine, lazerle temizleme, uçağın boyutuna bağlı olarak bu süreyi 3-4 güne indirebilir ve ayrıca parçaların işçiler için daha kolay erişilebilir olmasını sağlar. Ayrıca, kimyasal sıyırma veya patlatma yerine boya çıkarma için kullanıldığında, lazerle temizleme önemli ölçüde maliyet tasarrufu sağlar - tehlikeli atık yaklaşık yüzde 90 veya daha fazla azaldığından ve malzeme taşıma gereksinimleri azaltıldığından uçak başına binlerce pound.
Lazerle dövme/lazer şokla dövme
Metal bileşenlerdeki gerilimler, jet motorlarındaki fan kanatları gibi uçak bileşenlerinde hasara veya yaralanmaya neden olma potansiyeline sahip metal yorgunluğu arızasına yol açabilir. Bu, lazer dövme olarak bilinen bir teknikle hafifletilebilir.
Bu süreçte, lazer ışığı atımları yüksek gerilim konsantrasyonu olan bir alana yönlendirilir ve her atım, bileşenin yüzeyi ile üzerine püskürtülen su tabakası arasında küçük bir plazma patlamasını ateşler. Su tabakası, şok dalgasının bileşene nüfuz etmesine ve yayılma alanı genişledikçe sıkıştırıcı kalıntı gerilimler oluşturmasına neden olan patlamayı sınırlandırır. Bu gerilimler çatlamayı ve diğer metal yorgunluğunu önler. Geleneksel işlemlerle karşılaştırıldığında lazer güçlendirme, metal parçaların hizmet ömrünü 10-15 kat uzatabilir.
Lazer dövme, havacılık endüstrisinde giderek daha fazla kullanılmaktadır. Örneğin, LSP Technologies ve Airbus, yakın zamanda Airbus'ın Fransa'nın Toulouse kentindeki bakım ve onarım tesisinde test edilen ve değerlendirilen taşınabilir bir lazer dövme sistemini ortaklaşa geliştirdi.
Leopar lazer dövme sistemi, döngüsel titreşim stresinin neden olduğu çatlakların başlamasını ve ilerlemesini engelleyerek yorulma ömrünü uzatacaktır. Fiber optik ışın iletiminin esnekliği ve özel araçlar, sistemin uçakların ulaşması zor olan alanları lazerle aydınlatmasına olanak tanır. Ortaklara göre sistem, lazer güçlendirme teknolojisinde, jet motoru kanatlarının ömrünü uzatmak ve daha fazlası dahil olmak üzere kullanımını geliştirecek bir atılımdır.
ABD Donanması'nın Doğu Filo Hazırlık Merkezi (FRCE) de yakın zamanda, F-35B Lightning II uçağında başarıyla kullanılan bir lazer şoklu dövme işleminin doğrulamasını tamamladı. FRCE, bu süreci F-35B Lightning II'nin yakıt veya silah taşıma yeteneklerini sınırlayacak herhangi bir ek malzeme veya ağırlık eklemeden çerçevesini güçlendirmek için kullandı. Bu, ABD Deniz Piyadeleri tarafından kullanılan kısa kalkış ve iniş varyantları olan beşinci nesil savaş uçaklarının ömrünün uzatılmasına yardımcı olur.
Laser sondaj
Modern uçak motorları yaklaşık 500000 deliğe sahiptir, bu da 1980'lerde üretilen motorların yaklaşık 100 katı kadardır. Aynı zamanda, uçak üreticileri, perçinleme ve vidalama için çok sayıda delinmiş delik içeren, artan sayıda başka bileşenler üretiyorlar. Bu nedenle, havacılık alanında lazer delme, hassas, tekrarlanabilir, hızlı ve uygun maliyetli bir süreç sağladığı için büyük bir pazar potansiyeline sahiptir.
Örneğin, kanat veya kuyruk dengeleyicilere monte edilecek büyük titanyum HLFC (Hibrit Laminer Akış Kontrolü) panellerinin verimli ve hassas mikro delinmesi için yeni yüksek güçlü femtosaniye lazer sistemleri geliştirilmektedir. Bu paneller, sürtünme sürtünmesini azaltan ve yakıt tüketimini azaltan küçük deliklerden havayı çeker.
Lazer delme temassız olduğu için, işlenen malzemenin geleneksel aletlerde olduğu gibi sabitlenmesi gerekmez. Temassız olmanın bir başka avantajı da takım aşınmasının olmamasıdır, bu da CFRP bileşenleri için delme işlemlerinde özel bir avantaj sağlar. Sertliği nedeniyle, CFRP bileşenleri geleneksel aletler için çok aşındırıcı olabilir. Lazer delme işlemi çok yüksek hızlarda da gerçekleştirilebilir, böylece ısıdan kaynaklanan aşırı hasar işlenen malzemeye zarar vermez.
Aeklemeli imalat
Lazer eklemeli imalat (AM), havacılık endüstrisinde de hızla geliştirilmiştir. Bu teknikte lazerler, şekiller oluşturmak için art arda gelen toz katmanlarını eritiyor. Kaliforniya merkezli bir roket şirketi, daha hafif, daha hızlı ve daha güçlü uzay bileşenleri oluşturarak uzay görevlerini daha ekonomik ve verimli hale getirmek için yakın zamanda iki adet lazer ışınlı 3D yazıcı bile sipariş etti.
Birçok proje hala test aşamasındayken, lazer katkılı üretim, Mars'a yapılan iki görevde başarıyla kullanıldı. Ağustos 2012'de iniş yapan NASA'nın Curiosity gezgini, 3D baskılı parçaları Mars'a getiren ilk görevdi. Bu, eklemeli üretim tekniklerinin güvenilirliğini araştırmak için devam eden bir test programının parçası olan Mars'ta Örnek Analizi (SAM) cihazının içindeki seramik bir bileşendir.
Bu arada NASA'nın Şubat 2021'de Mars'a inen Perseverance gezgini, lazerlerle eklemeli olarak üretilmiş 11 metal parça içeriyor. Bu bileşenlerden beşi, Mars'ta fosil mikrobiyal yaşam belirtileri arayan Perseverance'ın X-ışını Litokimyası Gezegensel Aracında (PIXL) bulunuyor. Bu parçaların, dövme, kalıplama ve kesme gibi geleneksel tekniklerin onları üretemeyeceği kadar hafif olması gerekir.
NASA ayrıca roket bileşenlerinin lazer katkılı üretimini deniyor. Bir çalışmada, bir roket motorunun yanma odası bir bakır alaşımından imal edilmiştir. Bu lazer eklemeli imalatın devam eden gelişimi, parçanın kabaca yarı maliyetle ve geleneksel makineyle işleme, birleştirme ve montaj için gereken sürenin altıda biri kadar sürede üretilmesiyle sonuçlandı. Kullanılan bakır alaşımı kızılötesi lazerleri yüksek oranda yansıttığından, NASA şimdi yeşil veya mavi lazerlerin verimliliği ve üretkenliği nasıl artırabileceğini araştırıyor.
Eklemeli imalatın havacılıkta kullanımı henüz başlangıç aşamasındayken, önümüzdeki 20 yılda artması bekleniyor.
lazer tekstüre
Lazer tekstüre, havacılık endüstrisinde de çok yeni bir uygulamadır. Bu süreçte, ultra hızlı lazerler, yüzeyin önlenmesine yardımcı olan nanoyapılar oluşturan doğal bir "lotus efekti" oluşturmak için kullanılan doğrudan lazer girişim modelleme (DLIP) adı verilen bir teknikle uçağın yüzeyinde mikro nanoyapılar oluşturmak için kullanılır. kontaminasyon ve uçakta buz birikmesini önler.
Yenilikçi optikler, güçlü bir ultra hızlı lazer darbesini birkaç kısmi ışına ayırır ve bunlar daha sonra işlenecek yüzeyde birleştirilir. Mikroskop altında bakıldığında, ortaya çıkan mikro yapı, "sütunlardan" veya oluklardan oluşan mikroskobik "salonlara" benzer. "Direkler" arasındaki mesafe yaklaşık 150nm ila 30μm'dir - bu yapı, su damlacıklarının artık yüzeyi ıslatamayacağı ve yüzeyde yeterli tutuşa sahip olmadıkları için ona yapışamayacağı anlamına gelir.
Malzemenin uçaklar için faydaları arasında artan su, buz ve böcek iticiliği bulunur. Bunlar uçağın yüzeyine yapışabilir ve uçağın rüzgar direncini artırarak yakıt tüketimini artırabilir. Bu lazer dokusunun uygulanması, buzlanmayı önlemek için şu anda uçak yüzeylerine uygulanan toksik kimyasal işlemlere olan ihtiyacı azaltacaktır. Zamanla yaşlandığı ve hasara eğilimli hale geldiği bilinmektedir. Ayrıca DLIP yöntemi ile üretilen lazer yapılar çevresel kaygılara yol açmadan yıllarca dayanabilmektedir.
