Aviacijos ir kosmoso sektorius, įskaitant komercinius ir palydovinius, erdvėlaivius, dronus ir nepilotuojamus orlaivius (UAV), pastaraisiais metais patyrė radikalių pokyčių. Vis daugiau įmonių prisijungia prie kosmoso lenktynių, ir daugeliui jų reikia naujoviškų gamybos metodų.
Lazerinio apdorojimo gebėjimas padidinti našumą ir išlaikyti mažas išlaidas gali atlikti pagrindinį vaidmenį įgyvendinant šį aviacijos ir kosmoso pramonės atsaką. Lazerinis apdorojimas, kuris atlieka pjovimo, suvirinimo, pūtimo ir gręžimo operacijas, tapo neatsiejama aviacijos ir kosmoso gamybos dalimi.
Pavyzdžiui, lazeriai naudojami sklendėms, sparnų tvirtinimo detalėms, reaktyvinių variklių komponentams, lėktuvo sparnų sėdynių dalims gaminti, taip pat turbinoms remontuoti, detalių valymui ar dažų pašalinimui, komponentų paviršių paruošimui tolesniam apdirbimui. Pastaraisiais metais lazerinių priedų gamyba (AM) taip pat išpopuliarėjo kosminių skrydžių sektoriuje. Be to, rinka siekia pagerinti aviacijos ir kosmoso komponentų atsekamumą, todėl didėja lazerinio žymėjimo paklausa.
Pjovimas ir suvirinimas lazeriu
Pjovimas lazeriu yra greitas, ekonomiškas ir tikslus procesas, kuris gali būti naudojamas siekiant patenkinti didelius aviacijos ir kosmoso sektoriaus gamybos reikalavimus.
Palyginti su įprastu apdirbimu, pjovimas lazeriu pasižymi dideliu tikslumu, mažiau atliekų, greitesnį apdorojimą, mažesnes išlaidas ir mažiau įrangos priežiūros. Be to, jis maksimaliai padidina produktyvumą, nes greitai ir lengvai atlikti reikiamus apdirbimo pakeitimus.
Lazeris gali būti naudojamas gaminant sparnų tvirtinimo detales, tvirtinimo detales, galinio efekto dalis, įrankių dalis ir kt. Jis vienodai tinka mažesnėms dalims, tokioms kaip skiepytos alyvos tarpinės ir titano vamzdžių kolektoriai, taip pat didesnėms dalims, pavyzdžiui, išmetimo kūgiams. Jis gali apdoroti įvairias aviacijos ir kosmoso medžiagas, įskaitant aliuminį, Hastelloy (nikelį, kuris buvo legiruotas su tokiais elementais kaip molibdenas ir chromas), Inconel, Nitinolis, Nitinolis, nerūdijantis plienas, tantalas ir titanas.
Suvirinimas lazeriu taip pat naudojamas kosmose kaip alternatyva tradiciniams sujungimo būdams, tokiems kaip klijavimas ir mechaninis tvirtinimas. Pavyzdžiui, lengvų aliuminio lydinių ir anglies pluoštu sustiprintų polimerų (CFRP) suvirinimas lazeriu orlaivių gamyboje yra medžiagos, kurios tampa vis svarbesnės ir, kur įmanoma, naudojamos kniedijimui pakeisti. Tokie metodai, kaip lazerinis suvirinimas švytuokliniu būdu, taip pat buvo sėkmingi sujungiant degalų baką, pagerinant jungčių efektyvumą ir stiprumą, sumažinant perdirbimą ir leidžiant žymiai sutaupyti. Kiti suvirinimo sėkmė aviacijos srityje apima lietų turbinų menčių šerdies tvirtinimą prie dangčių; ir sukurti naujų tipų lengvus sparnų atvartus, kurie padidina laminarinio srauto valdymą, sumažina pasipriešinimą ir optimizuoja degalų efektyvumą.
Turėdami galimybę sutaupyti, sumažinti dalių svorį ir pagerinti suvirinimo kokybę, palyginti su tradiciniais metodais, keli gamintojai šiandien net pradeda svarstyti galimybę suvirinti lazeriu lėktuvo korpuso dalis.
Valymas lazeriu
Gamintojai aviacijos ir kosmoso sektoriuje naudoja valymą lazeriu, kad pašalintų sluoksnius nuo metalinių ir kompozicinių paviršių ruošiant juos apdoroti, pašalintų dangas ar koroziją ir pašalintų dažus nuo didelių dalių arba ištisų lėktuvų prieš perdažant.
Valymo metu lazerio šviesą sugeria ir išgarina paviršiniai metalo sluoksniai, todėl paviršinė medžiaga abliuojama, vidiniams sluoksniams neveikiant arba visai nedaroma, o komponentas nepažeidžiamas. Kilovatų klasės impulsiniai pluošto lazeriai ypač tinka greitam valymui lazeriu – jie leidžia efektyviai, itin tiksliai išvalyti įvairiausias medžiagas, įskaitant keramiką, kompozitus, metalus ir plastikus.
Pastaraisiais metais išaugo kompozitų naudojimas orlaiviuose, todėl išaugo poreikis prie kompozitų tvirtinti metalus. Aviacijos ir erdvėlaivių gamyboje klijai gali būti naudojami sujungti šias dvi skirtingas medžiagas, o norint sukurti tvirtą sukibimą, abu paviršiai turi būti kruopščiai paruošti apdirbimui prieš dengiant klijus.
Valymas lazeriu yra idealus pasirinkimas, nes jis sukuria labai griežtai kontroliuojamą, atkartojamą paviršiaus apdailą, galinčią pasiekti nuoseklų, nuspėjamą sukibimą. Tradiciškai tai būtų atliekama naudojant destruktyvius sprogdinimo būdus arba naudojant kelias chemines medžiagas. Tačiau dabar valymas lazeriu siūlo vieno etapo metodą, kuris yra ne tik ekonomiškesnis ir produktyvesnis, bet ir mažesnis poveikis aplinkai, nes nereikia naudoti nuodingų cheminių medžiagų ar sprogdinimo medžiagų. Lazerinio valymo poveikis detalėms taip pat yra daug švelnesnis nei tradiciniai metodai.
Metalinių ir kompozitinių orlaivių dalių valymas lazeriu taip pat yra palankesnis už cheminį nuvalymą ar pūtimo būdus, kai reikia nuvalyti dažus. Orlaivis gali būti perdažytas 4-5 kartus per jo eksploatavimo laiką, o dažų pašalinimas nuo viso orlaivio naudojant tradicinius metodus gali užtrukti savaitę ar ilgiau. Priešingai, atsižvelgiant į orlaivio dydį, valymas lazeriu gali sutrumpinti šį laiką iki 3-4 dienų, o darbuotojams taip pat lengviau pasiekti dalis. Be to, kai naudojamas dažų pašalinimui, o ne cheminiam valymui ar pūtimui, valymas lazeriu gali žymiai sutaupyti išlaidų – tūkstančius svarų vienam orlaiviui – nes pavojingų atliekų kiekis sumažėja maždaug 90 % ar daugiau ir medžiagų tvarkymo reikalavimai.
Lazerinis šveitimas / Lazerinis šveitimas
Metalinių komponentų įtempiai gali sukelti orlaivio komponentų (pvz., reaktyvinių variklių ventiliatorių) gedimą dėl metalo nuovargio, o tai gali sukelti žalą arba sužalojimą. Tai galima sušvelninti naudojant lazerinį šveitimą.
Šiame procese lazerio impulsai nukreipiami į didelės įtampos koncentracijos sritį, o kiekvienas impulsas uždega mažytį plazmos sprogimą tarp komponento paviršiaus ir ant viršaus užpurkšto vandens sluoksnio. Vandens sluoksnis riboja sprogimą, dėl kurio smūgio banga prasiskverbia į komponentą ir sukuria liekamuosius gniuždymo įtempius, kai jo sklidimo sritis plečiasi. Šie įtempimai padidina metalų įtrūkimų ir kitų formų atsparumo nuovargiui tikimybę. Lazerinis valymas gali pailginti metalinių dalių tarnavimo laiką 10-15, palyginti su įprastais procesais.
Lazerinis pūtimas vis dažniau naudojamas aviacijos ir kosmoso pramonėje. Pavyzdžiui, „LSP Technologies“ ir „Airbus“ kartu sukūrė nešiojamą lazerinio valymo sistemą, kuri neseniai buvo išbandyta ir įvertinta „Airbus“ techninės priežiūros ir remonto įmonėje Tulūzoje, Prancūzijoje.
Leopard lazerinio valymo sistema pailgins nuovargio naudojimo trukmę, nes neleidžia atsirasti ir plėstis įtrūkimams, kuriuos sukelia ciklinis vibracijos įtempis. Šviesolaidinio pluošto tiekimo lankstumas ir pritaikyti įrankiai leidžia sistemai lazerio spinduliu paveikti sritis, kurias sunku pasiekti orlaiviams. Pasak partnerių, sistema yra lazerinio valymo technologijos proveržis, kuris padidins jos naudojimą, be kita ko, prailgins reaktyvinių variklių menčių tarnavimo laiką.
Lazerinis gręžimas
Šiuolaikiniai aviaciniai varikliai turi apie 500, 000 skylių, maždaug 100 kartų daugiau nei varikliai, pagaminti devintajame dešimtmetyje. Tuo pačiu metu orlaivių gamintojai gamina vis daugiau kitų komponentų, kuriuose yra išgręžta daug skylių kniedytoms ir prisukamoms jungtims. Todėl aviacijos ir kosmoso sektoriuje lazerinis gręžimas turi didelį rinkos potencialą, nes tai yra tikslus, kartojamas, greitas ir ekonomiškas procesas.
Pavyzdžiui, kuriamos naujos didelės galios femtosekundžių lazerinės sistemos, skirtos efektyviai ir tiksliai mikrogręžti didelių titano HLFC (Hybrid Laminar Flow Control) plokštes, kurios bus tvirtinamos ant sparnų arba uodegos stabilizatorių. Šios plokštės ištraukia orą per mažas skylutes, todėl sumažėja trinties pasipriešinimas ir degalų sąnaudos.
Kadangi gręžimas lazeriu yra bekontaktis, apdorojamos medžiagos nereikia tvirtinti taip, lyg ji būtų apdorojama įprastais įrankiais. Kitas bekontaktiškumo privalumas yra tai, kad nesusidėvi įrankiai, o tai yra ypatingas pranašumas gręžiant CFRP komponentus. Dėl savo kietumo CFRP komponentai gali būti labai abrazyvūs įprastiems įrankiams. Gręžimas lazeriu taip pat gali būti atliekamas labai dideliu greičiu, kad pernelyg didelė karščio žala nepakenktų apdorojamai medžiagai.
Priedų gamyba
Lazerinių priedų gamyba (AM) taip pat sparčiai auga aviacijos ir kosmoso pramonėje. Taikant šią techniką, lazeris ištirpdo nuoseklius miltelių sluoksnius, kad sukurtų formas. Kalifornijoje įsikūrusi raketų kompanija netgi neseniai užsakė du 12-lazerinio pluošto 3D spausdintuvus, kad kosmoso misijos būtų ekonomiškesnės ir efektyvesnės sukurdamos lengvesnius, greitesnius ir tvirtesnius kosmoso komponentus.
Nors daugelis šių projektų vis dar yra testavimo fazėje, lazerinių priedų gamyba jau sėkmingai panaudota dviejose misijose į Marsą. NASA marsaeigis „Curiosity“, nusileidęs 2012 m. rugpjūtį, buvo pirmoji misija į Marsą, gabenusi 3D spausdintas dalis. Tai keraminis komponentas, esantis Marso mėginių analizės (SAM) instrumente, kuris yra nuolatinės bandymų programos, skirtos priedų gamybos technologijos patikimumui ištirti, dalis.
NASA sukurta bimetalinė degimo kamera su GRCop-42 L-PBF tarpikliais ir NASA HR-1 LP-DED apvalkalu
Tuo tarpu NASA marsaeigyje „Perseverance“, kuris 2021 metų vasarį nusileido Marse, yra 11 metalinių dalių, pagamintų naudojant lazerinius priedus. Penkios iš šių dalių yra Perseverance Planetary Instrument for Rentgeno Petrochemija (PIXL), kuri ieško mikrobų iškastinio gyvenimo Marse požymių. Šios dalys turi būti tokios lengvos, kad jų nebūtų galima pagaminti naudojant tradicinius kalimo, formavimo ir pjovimo būdus.
NASA taip pat eksperimentavo su lazerinių priedų gamyba raketų komponentams. Vieno tyrimo metu raketinio variklio degimo kamera buvo pagaminta iš vario lydinio. Dėl šios nuolatinės lazerinių priedų gamybos plėtros atsirado komponentas, kurį galima pagaminti maždaug per pusę pigiau ir per šeštadalį laiko, kurio reikia įprastiniam apdirbimui, sujungimui ir surinkimui. Kadangi naudojami vario lydiniai labai atspindi infraraudonųjų spindulių lazerius, NASA dabar tiria, kaip žali arba mėlyni lazeriai gali pagerinti efektyvumą ir produktyvumą.
Nors aviacijos ir kosmoso priedų gamybos taikymas šiuo metu yra ankstyvoje stadijoje, tikimasi, kad per ateinančius 20 metų jos augs.
Grossing lazeriu
Lazerinis apskaičiavimas taip pat yra labai naujas pritaikymas aviacijos ir kosmoso pramonėje. Šiame procese itin greiti lazeriai naudojami mikro- ir nanostruktūroms ant orlaivių paviršių sukurti naudojant techniką, vadinamą tiesioginiu lazeriniu interferencijos modeliavimu (DLIP), kuris naudojamas natūraliam „lotoso efektui“, sukuriančiam nanostruktūras, padedančias išvengti paviršiaus užteršimo. taip pat ledo kaupimasis orlaivyje.
Naujoviška optika padalija galingą itin greitą lazerio impulsą į kelis dalinius pluoštus, kurie vėliau sujungiami ant apdirbamo paviršiaus. Žiūrint pro mikroskopą, susidarančios mikrostruktūros primena mikroskopines „stulpų“ „sales“ arba raibuliavimą. Atstumas tarp „stulpų“ yra maždaug nuo 150 nm iki 30 μm – tokia struktūra reiškia, kad vandens lašeliai nebedrėkina paviršiaus ir neprilimpa prie jo, nes nepakankamai sukimba su paviršiumi.
Šios medžiagos pranašumai orlaiviams apima didesnį vandens, ledo ir vabzdžių atbaidymą. Šios gali prilipti prie orlaivio paviršiaus ir padidinti orlaivio vėjo pasipriešinimą, taip padidindamos degalų sąnaudas. Naudojant šią lazerinę tekstūrą, sumažėtų toksiškų cheminių priemonių, šiuo metu taikomų orlaivių paviršiams, poreikis, kad būtų išvengta apledėjimo. Yra žinoma, kad laikui bėgant jis sensta ir gali būti pažeistas. Be to, lazerinės struktūros, pagamintos naudojant DLIP metodą, gali tarnauti ilgus metus ir nesukelti aplinkos problemų.
Lazerinė apžiūra ir streso reguliavimas
Be minėtų funkcijų, sudėtingų metalinių konstrukcijų komponentų apžiūrai ir įtempių reguliavimui gali būti naudojamas lazerio ir ultragarso derinys. Didelės energijos impulsinio lazerio veikimo naudojimas bandomojo objekto paviršiuje, vietinės temperatūros paviršius kinta, dėl ko objektas bandomas paviršiniame šiluminio plėtimosi sluoksnyje, ultragarso sužadinimas, ultragarsas perneš medžiagos paviršius ir vidinė naudinga informacija, ultragarso signalai su detektoriumi priimti, duomenų apdorojimas ir tiriamo objekto analizė, siekiant nustatyti defektų buvimą ar nebuvimą.
Be to, dėl to, kad lazerio ultragarsas turi didelę laiko ir erdvinę skiriamąją gebą, gali sukurti turtingą bangos formą, platų ultragarso dažnių juostos plotį ir kt., Po perjungimo ir lazerio sužadinimo parametrų reguliavimo lazerinis ultragarsas gali būti bet kurios nurodytos dalies dalyse. pašalinti visą tempimo įtempį, nepažeidžiant paviršiaus vientisumo, nekaitinant, susidaro tam tikro storio gniuždomo įtempio sustiprintas sluoksnis. Taip pat galima reguliuoti įtempių vertę iki projektinių reikalavimų diapazono, o tai gali žymiai optimizuoti vietinės padėties atsparumą nuovargiui ir įtrūkimams.
