הערך המתווסף – AM על מסלול ההמראה בתעשיית התעופה והחלל

ייצור מתווסף (AM) מרחיק לכת אל מעבר להדפסת 3D, כשהוא מתפתח והופך לטכנולוגיית ייצור המחליפה או משלימה תהליכים קיימים במספר הולך וגדל של יישומים בתעשיית התעופה והחלל, וכן בתעשיות נוספות.
בתחילתו, לפני כ-30 שנים, הדפוס התלת ממדי היה מוגבל לפלסטיק בלבד. הוספת התכת המתכת בלייזר שינתה את חוקי המשחק, כשהיא מאפשרת להדפיס אובייקטים ממתכת. כמעט כל סוג של מתכת יוכל להיות בשימוש עבור AM, על ידי הוספת שכבות נוספות של אבקת מתכת שלאחר מכן מאוחדות באמצעות חום מדויק מהלייזר.
הטכנולוגיה מאפשרת להקים לחיים באופן מדויק מודל דיגיטלי ב-

generative design: באמצעות שימוש בתוכנה לתכנון ואנליזה על גבי פלטפורמה אחידה, ניתן להגדיר “נקודות חזקות”, כגון נקודות מגע, כבסיס לתכנון.

3D כאובייקט של מתכת אחודה. ל-AM יש היכולת לבנות חלקים על פי דרישה עבור תכנונים הכוללים פתחים וסבכות פנימיים – אובייקטים הידועים כמבנים ביוניים – אשר מפחיתים משקל וממקסמים חוזק, ללא וויתור עם ביצועים מכניים. אפילו חלקים מכניים מורכבים – מארז של הילוכים, לדוגמא, יכול להיווצר ללא הרכבה.
לצורך תכנונו, דפוס תלת ממדי מתבסס על טכנולוגיית סימולציה דיגיטלית. זהו תהליך שונה מזה של ייצור באמצעות כלי כרסום, מכיוון שאין צורך בחריטה וגימור נוספים כדי ליצור חלקים. יותר מכך, מכיוון שחלקים אינם צריכים להתאים לתצורה של עיבוד שבבי הם יכולים לקבל צורות חדשות.
באמצעות שימוש בתוכנה לתכנון ואנליזה על גבי פלטפורמה אחידה, ניתן להגדיר “נקודות חזקות”, כגון נקודות מגע, כבסיס לתכנון. המשמעות היא שנקודות מגע, מעטפות חלל ודרישות מבניות ופונקציונאליות יהווה בסיס להגדת צורות באופן אוטומטי בתהליך הנקרא generative design. שילוב של ניתוח אלמנטים סופיים (FE) בתוך תהליך התכנון בזמן אמת, מאפשר לפתח מוצרים עם מבנה מדויק כדי שיוכלו לעמוד בייעוד שלהם. תכנון בדרך שכזו לא רק חוסך זמן, אלא יכול גם לסייע להתגבר על המחסור הקיים במהנדסי תכנון עם כישורים גבוהים, מכיוון שתהליך תכנון החלקים אוטומטי.

BOM ולדרך
חיזוי של צורה, ביצועים ואורך חיים, מובנים בתוך AM. זאת מכיוון שתכנון דיגיטלי משחזר אובייקטים באופן מדויק. למודל הדיגיטלי יש את כל המאפיינים של התאום הפיזי שלו. לחץ שיורי, הערכה תרמית ומהירות קירור, יכולים גם הם להיות מחושבים לפני ייצור החלק. יתרון נוסף הקיים בתהליך הייצור התוספי הוא חסכון בחומר בהשוואה לייצור גורע, בו צורות נגזרות מתוך בלוק שלם של חומר ולעיתים קרובות גם ממתכות יקרות כמו טיטניום. הפעלת AM משמעותה גם כי אין צורך ב- tooling, דבר המסייע להפחית זמני האספקה, ו-AM משתמש ב-90% פחות אנרגיה מאשר כלי מיכון מסורתיים.
בתרחישים רבים AM מפחית את ה- Bills of Materials (כתב חומרים), מכיוון שהתהליך יכול להחליף, באמצעות חלק אחד, את מה שהיה נהוג לבנות ממספר רכיבים. דרישות חומרים פוחתות גם הן מכיוון שנדרשת כמות ידועה ומדויקת של חומרים כדי ליצור חלק. הדבר יכול להוביל להפחתת משקל של עד ל- 50%. הדבר מושך מאוד את תעשיית התעופה והחלל בה הפחתת משקל היא יתרון משמעותי, כאשר היא מובילה לצריכת דלק טובה יותר, טווחים ארוכים יותר, הפחתת פליטות פחמן ואפשרויות תכנון חדשניות יותר.

הטכנולוגיה ממריאה
AM נמצאת בשימוש נרחב אצל יצרני חלל ותעופה, כולל אצל איירבוס, שלאחר שנתיים של תהליך בנצ’מרק מקיף הרחיבה את השימוש בפלטפורמת 3DEXPERIENCE של דאסו סיסטמס גם עבור תוכניות ה- AM שלה בשילוב תכנון, סימולציה וייצור.
קבוצת איירבוס תפעיל אפליקציות תכנון שיתופי וסימולציה כחלק מהפתרון הייעודי לתעשייה Co-Design To Target לצורך ייצור מתווסף, tooling, בניית אבי טיפוס וחלקים לטיסות מבחן ולצורך ייצור במטוסים מסחריים. הפתרון מספק לקבוצת איירבוס המשכיות דיגיטלית, ומאפשר אופטימיזציה של קונספט התכנון באמצעות אימות וירטואלי של כל שלב בתהליך ה-AM. באמצעות גישה זו איירבוס יכולה לחקור אפשרויות רבות של תכנון וייצור העומדות בפניה על מנת לעמוד בדרישות הייצור וההנדסה.
רוברט נרדיני, סגן נשיא הנדסת מבני תעופה באיירבוס, אמר לאחרונה: “מספר רב של פרויקטים לרוחב איירבוס מאיצים את השימוש בייצור מתווסף כדי לייצר אבי טיפוס, וכן לצורך ייצור רכיבים קלים יותר ויקרים פחות, אשר עומדים בדרישות של טכנולוגיה, ביצועים, בטיחות ועלות.
איירבוס עושה שימוש זמן רב באפליקציות סימולציה ב-3D כדי להאיץ ניתוח מבני ובחינה וירטואלית של כלי תעופה. כעת אנו מגדירים דרך חדשה לתכנון חלקים, באמצעות מינוף של תכנון מבוסס סימולציה שמאפשר לענות טוב יותר על הצורך בשוק”.
AM מייצר הזדמנויות חדשות בתחומים רבים, כגון ייצור מרחוק לצורך תמיכה ותחזוקה, יצירת אב טיפוס מהיר או כדי להגשים קונספטים וחוויות חדשות. ואולי חשוב מכך, לפתח תכנונים שלא היה ניתן לייצר בעבר.

AM מקצה לקצה
שותפות נוספת של דאסו סיסטמס בתחום ה-AM קיימת עם קבוצת Safran, קבוצת טכנולוגיה עילית מובילה בעולם הביטחון, תעופה וחלל, במסגרתה יפותח תהליך אימות של AM.
השותפות תשלב את פלטפורמת 3DEPERIENCE עם המומחיות של Safran בטכנולוגיות חדשניות, בטמרה לפתח פתרון דיגיטלי מקצה לקצה, ברמה עולמית, עבור AM. הפתרון יטפל בתהליכי תכנון חומרים בקצה העליון, ובכל הדרך עד לייצור ובחינה. הוא יספק המשכיות דיגיטלית עבור כל מאפייני ההנדסה הנדרשים עבור הייצור התוספי של חלקי מנועים, כולל: מדעי חומרים, הגדרות פונקציונאליות, תכנון גנרטיבי, אופטימיזציה של דפוס 3D, ייצור רב רובוטים והסמכות.
תכנון ב-4D
הפעלת AM בתעשיית התעופה והחלל מחברת בין “איים” של מומחיות בתוך פלטפורמה יחידה ומאוחדת. הדבר מספק את היכולת לגשת לכל נתון רלוונטי ממקור יחיד, והמשמעות היא שקיימת רק גרסת אמת אחת של הנתונים. חלקים העוברים סימולציה דיגיטלית יכולים להיות ממוקמים גם בתוך ההקשר האמיתי שלהם. כך ניתן להראות כיצד הם יתנהגו כאשר הם ייוצרו. סימולציות 3D יכולות גם לכלול את הממד הרביעי: זמן, כדי להציג ביצועים של מוצר לאורך מחזור החיים.
AM מייצג תחום חדש, לא רק עבור חלל ותעופה אלא גם עבור מגזרי ייצור רבים אחרים. כאשר הוא מבוסס על פלטפורמה מאוחדת אשר מגשרת בין יכולות וכישורים שונים, היתרונות של הטכנולוגיה מוכפלים. ההתפתחות הדינמית של הטכנולוגיה מושכת עניין רב וכישרונות, מכיוון שזהו חוד החנית של הטכנולוגיה, שכמו כל טכנולוגיה טובה מפשטת את המורכב.