보다 가볍고 친환경적인 항공 산업을 향하여
코로나19 팬데믹으로 항공업계는 직격탄을 맞았습니다. 한때는 항공 여행에 대한 수요가 너무 높아 항공기 제조업체가 비행기를 충분히 빨리 만들고 배송할 수 없었습니다. 하지만 그 다음에 항공사, 항공기 제조업체 및 부품 공급업체는 세계가 폐쇄됨에 따라 밤새 사업이 붕괴되는 것을 목격했습니다. 거의 2년이 지난 지금도 업계는 여전히 회복 중이며 이전과 같은 수준에 도달할 것이라고 보장할 수 없습니다. 항공 산업은 게다가 미래에 훨씬 더 큰 영향을 미치는 또 다른 과제인 지속 가능성에 직면해 있습니다.보다 효율적인 엔진; 가벼우면서도 강력한 신소재: 항공 산업의 지속 가능성 전환은 항공기 제조업체의 능력을 시험할 것입니다. 세코툴스의 소재 및 기술 개발 부서의 절삭 기술 R&D 전문가인 Rachid M'Saoubi가 자세히 설명합니다.
코로나19 팬데믹으로 항공업계는 직격탄을 맞았습니다. 한때는 항공 여행에 대한 수요가 너무 높아 항공기 제조업체가 비행기를 충분히 빨리 만들고 배송할 수 없었습니다. 하지만 그 다음에 항공사, 항공기 제조업체 및 부품 공급업체는 세계가 폐쇄됨에 따라 밤새 사업이 붕괴되는 것을 목격했습니다. 거의 2년이 지난 지금도 업계는 여전히 회복 중이며 이전과 같은 수준에 도달할 것이라고 보장할 수 없습니다.
항공 산업은 게다가 미래에 훨씬 더 큰 영향을 미치는 또 다른 과제인 지속 가능성에 직면해 있습니다. 기후 변화와의 싸움에 대한 전 세계적인 약속에 따라 항공 산업은 2050년까지 탄소 중립을 달성하겠다고 약속했습니다. 어떻게 비행기를 지속 가능하고 탄소 중립적인 운송 수단으로 탈바꿈할 수 있을까요?
앞으로 몇 년 안에 새로운 항공기는 더 나은 연소와 공기 흐름을 가능케 하는, 더 가볍지만 더 강한 소재로 만들어진 더 진보된 부품들로 구성된 더 효율적인 엔진을 갖게 될 것입니다. 기체 구조는 차세대 알루미늄-리튬 합금을 비롯한 훨씬 더 가벼운 복합 재료와 금속 소재로 만들어집니다. 오늘날 랜딩 기어 부품에는 Ti-5553 또는 Ti-10-2-3과 같은 더 강력한 티타늄 합금이 점점 더 많이 포함됩니다.
이러한 모든 개발은 제조업체와 공급업체의 능력을 완전히 테스트할 것입니다. 제조업체는 더 단단하고 가공하기 어려운 다양한 소재 가공에 적응해야 하기 때문입니다. 그들은 또한 비즈니스가 Covid에 손실된 후 가능한 한 생산적이고 수익성이 있는지 확인해야 합니다. 그리고 항상 그렇듯이 결함을 최소화하여 비행기가 안전하게 비행할 수 있도록 해야 합니다.
"현재 우리는 알루미늄, 티타늄, 니켈을 포함한 강과 다른 금속 합금을 많이 사용하고 있으며 특정 소재들은 높은 밀도를 가지고 있습니다. 합금강은 더 나은 강도:중량 비율을 가진 고급 티타늄 합금 및 고급 알루미늄 합금과 같은 다른 물질로 대체되고 있습니다. 왜냐하면 연료 소비에서 더 효율적이고 지속 가능하려면 구조물의 무게를 줄여야 하기 때문입니다."
이러한 소재들로의 전환은 이미 진행 중입니다. M'Saoubi는 보잉 드림라이너 제트 구조물의 무게의 약 50%가 탄소 섬유 강화 플라스틱과 같은 복합 물질로 구성되어 있다고 추정합니다.
항공기 제조업체는 공급업체가 더 지속 가능하고 효율적인 소재의 문제를 해결할 수 있는 경우에만 동일한 문제를 해결할 수 있습니다. 세코툴스는 항공기 부품을 가공하기 위한 툴링 솔루션의 주요 공급업체입니다. 특히 항공기 파일런(pylon), 비행기와 엔진 사이의 연결부(다른 기사로 연결) 및 엔진 압축기의 블레이드 디스크인 블리스(blisk)에 대한 강력한 제안을 가지고 있으며, 이는 연소가 발생할 수 있도록 엔진에 충분한 압축 공기를 유입할 수 있도록 합니다.
Rachid M'Saoubi는 "우리는 고객에게 제공하는 가공 표면이 표면 무결성 요구 사항을 충족하도록 공구를 설계합니다"라고 말합니다.
"우리는 가공 표면의 손상을 최소화하는 절삭 공구 솔루션을 개발합니다. 니켈 기반 합금 터빈 디스크, 티타늄 케이스 또는 티타늄 블레이드를 가공할 때, 항공기 엔진 제조업체는 엄격한 안전 인증 절차를 거친 후에만 우리의 공구 및 절삭 권장 사항을 수락할 것입니다."
그는 "전통적으로 블리스크를 가공하는 것은 많은 금속을 제거하는 것을 의미하며, 사용 중 블리스크 부품의 일부가 손상된 경우 용접 수리 절차가 있는데, 이 절차는 많은 에너지를 사용하고 이후 적응 가공을 통해 블리스크 에어포일을 복원한다"고 덧붙입니다.
준 최종 형상 제조(Near Net-Shape Manufacturing)는 초기 가공 단계에서 부품을 최종 크기와 무게에 최대한 가깝게 만드는 것입니다. 그 예로는 아크 용접 공정을 사용하여 금속 부품을 3D 프린팅하는 와이어 아크 적층 제조, 열원이 있는 분말 베드를 사용하여 금속 부품을 만드는 선택적 레이저 용융, 분말 또는 와이어 형태의 공급 원료 물질이 에너지 공급원이 있는 기판에 전달되는 직접 에너지 적층 (Directed Energy Deposition; DED) 등이 있습니다. 레이저 빔, 전자 빔 또는 플라즈마/전기 아크가 동시에 초점을 맞추면 작은 용융 풀이 생성되고 재료를 층별로 연속적으로 증착할 수 있습니다.
이러한 신기술은 모두 재료 낭비를 줄이고 부품 납기 시간을 몇 주에서 며칠로 대폭 단축할 수 있습니다. 가공할 때 사용하는 절삭유는 ScCO2(Super Critical Carbon Dioxide)와 같은 준 건식 가공으로 대체되고 있으며, 이는 오염물질의 위험을 제거하고 보다 지속 가능한 접근 방식에 기여하고 있습니다.
새로운 시대로 접어들었지만, Rachid M'Saoubi 는 세코툴스가 항공 산업에 적응하면서 이를 지원할 수 있다고 말합니다.
"우리는 처음부터 최종 제품에 이르기까지 이러한 과제를 해결하기 위한 전략을 개발했습니다. 우리는 고객을 프로세스의 중심에 두고 제조업체 및 공급망 내의 다른 기술 제공업체와 협력하여 낭비를 최소화하고 생산성을 높일 수 있는 방법을 찾고자 합니다. 우리는 앞으로 나아갈 길을 잘 준비하고 있습니다.”
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