Pemesinan CNC Presisi Industri Penerbangan: Pembuatan Komponen Titanium dan Aluminium Ringan

Industri penerbangan global adalah pusat inovasi desain dan manufaktur, dengan jutaan bagian logam kompleks yang diproduksi setiap tahun.

Salah satu alat penting yang dimiliki industri penerbangan adalah pemesinan CNC. Pemesinan penerbangan menghasilkan bagian pesawat canggih dari logam ringan seperti titanium dan aluminium, sementara pemesinan juga merupakan alat prototipe yang berharga untuk departemen penelitian dan pengembangan (R&D) penerbangan.

Pemesinan penerbangan mencakup berbagai aplikasi. Baik untuk pesawat komersial, kendaraan militer, atau bahkan perjalanan angkasa, pemesinan CNC memerankan peran besar dalam pengembangan dan produksi komponen presisi penerbangan.

Artikel ini memberikan gambaran umum tentang penggunaan pemesinan CNC dalam industri penerbangan. Ini membahas aplikasi pemesinan CNC penerbangan, bahan yang digunakan, dan banyak lagi.

Apa itu penerbangan?

Penerbangan adalah industri yang sangat beragam mencakup banyak subsektor, mulai dari penerbangan komersial hingga eksplorasi angkasa. Nilainya sebagai industri global diperkirakan sekitar 800 miliar dolar AS.

Manufaktur penerbangan melibatkan produksi bagian untuk klien komersial, industri, dan militer, dengan pemerintah sebagai beberapa kontraktor terbesar. Di Amerika Serikat, misalnya, dua pembeli terbesar barang penerbangan adalah Departemen Pertahanan dan NASA, agen penelitian aeronautika dan angkasa negara tersebut.

Karena jumlah subsektor penerbangan yang sangat besar serta berbagai aplikasi dan produk di dalamnya, industri penerbangan membutuhkan berbagai teknologi manufaktur, mulai dari teknik tradisional seperti cetak dan las hingga teknologi terbaru seperti manufaktur aditif logam. Pemesinan CNC penerbangan berada di antara kedua ekstrim tersebut: merupakan teknologi yang sangat teruji yang tetap menawarkan kemungkinan desain dan bahan yang canggih.

Apa itu pemesinan penerbangan?

Pemesinan adalah proses manufaktur untuk menghapus bagian materi dari workpiece menggunakan alat potong yang dioperasikan mesin. Pemesinan CNC adalah versi digital dari pemesinan: komputer mengontrol alat potong bermotor untuk membentuk bagian baru dengan cepat dan presisi.

Pemesinan CNC penerbangan hampir semakin tua dari penemuan pemesinan CNC itu sendiri, pada tahun 1942. Salah satu aplikasi terawal adalah produksi bulkhead dan kulit sayap. Saat ini, banyak bagian penerbangan dapat dipemesinan, seperti transmisi, komponen roda landas, dan komponen listrik. Pemesinan juga dapat digunakan untuk memperbaiki atau memodifikasi bagian yang ada, menambahkan fitur detail, atau mencoret informasi teks seperti nomor seri.

Karena banyak pekerjaan pemesinan penerbangan melibatkan produksi komponen akhir yang kritis, pemesinan presisi diperlukan dengan pusat pemesinan 5-axis berkualitas tinggi. Beberapa bagian — komponen mesin jet, misalnya — mungkin memerlukan toleransi sempit hingga 4 mikron, jauh lebih sempit dari yang biasanya dapat diterima dalam pemesinan CNC.

Pemesinan penerbangan juga merupakan bentuk prototipe yang penting selama penelitian dan pengembangan. Mesin CNC cocok untuk prototipe bagian logam penerbangan yang nantinya akan diproduksi menggunakan cetakan atau teknik lain.

Bagian hasil pemesinan penerbangan

Pemesinan penerbangan bertanggung jawab atas banyak bagian penerbangan, dari komponen mesin jet titanium yang vital hingga bagian interior kabin plastik ringan.

Bagian yang cocok untuk pemesinan CNC penerbangan biasanya adalah bagian volume rendah yang membutuhkan kekuatan tinggi dan detail halus. Bagian umumnya terbatas dalam ukuran oleh ukuran pusat pemesinan CNC, tetapi beberapa bahan dapat digunakan — biasanya alloy titanium atau aluminium, dengan opsi lain seperti plastik teknik dan komposit juga tersedia. Beberapa bagian mungkin hanya dipost-pemesinan, setelah dicetak atau diekstrusi.

Pemesinan penerbangan dapat digunakan untuk prototipe dan bagian akhir. Namun, bagian akhir harus memenuhi kriteria keamanan, standar, dan sertifikasi yang ketat.

Bagian yang dapat dipemesinan penerbangan meliputi (tetapi tidak terbatas pada):

• Komponen roda landas
• Palang turbin dan komponen mesin jet lainnya
• Kotak mesin
• Sistem pembangkit oksigen
• Badir filter untuk sistem filter cairan dan udara
• Konektor listrik untuk sistem listrik
• Kontrol gerak
• Aktuator
• Komponen fuselage
• Tulang sayap
• Cakram
• Poros untuk transfer daya
• Kotak peluru dan komponen lainnya
• Bagian kabin
• Kursi, armrest, dan meja pegang

Sertifikasi pemesinan penerbangan

Pemesinan CNC penerbangan adalah prosedur kritis yang tidak memberi ruang untuk kesalahan. Di beberapa industri yang mengizinkan toleransi longgar dan variasi bahan, penerbangan menuntut presisi dan konsistensi total untuk menjamin keselamatan manusia.

Berbagai aplikasi dan bagian harus memenuhi standar dan sertifikasi yang berbeda, dan ada standar spesifik negara serta internasional. Namun, satu sertifikasi yang sangat penting yang berlaku untuk banyak aplikasi adalah AS9100, standar internasional SAE yang diberikan kepada penyedia yang dijelaskan sebagai "Model untuk Jaminan Kualitas dalam Desain, Pengembangan, Produksi, Instalasi, dan Pemeliharaan" di penerbangan.

Perpanjangan dari ISO 9001, sertifikasi AS9100 tidak diperlukan untuk semua produksi bagian penerbangan, tetapi pelanggan mungkin mencari penyedia dengan sertifikasi untuk menjamin kualitas.

Sertifikasi penting lainnya untuk pemesinan penerbangan meliputi ITAR (International Traffic in Arms Regulations), seperangkat pedoman dari Departemen Luar Negeri AS mengenai persyaratan AS untuk menjual dan memproduksi teknologi pada Daftar Munitasi AS, dan AS9102 First Article Inspection Reports, yang menunjukkan kepatuhan terhadap persyaratan verifikasi bagian penerbangan.

Sertifikasi tersebut tidak selalu diperlukan untuk prototipe penerbangan, karena prototipe tidak akan digunakan pada pesawat aktif.

Bahan pemesinan penerbangan

Pemesinan CNC adalah proses serbaguna yang dapat digunakan untuk membuat komponen dari logam dan plastik. Di penerbangan, dua logam tertentu memerintah: titanium dan aluminium. Hal ini disebabkan oleh kekuatan tinggi (terutama titanium) dan bobot ringan (terutama aluminium) dari bahan tersebut.

Alloy titanium

Tidak ada industri di dunia yang menggunakan lebih banyak alloy titanium daripada penerbangan. Mudah dipahami mengapa hal ini begitu: logam ini memiliki rasio kekuatan terhadap bobot yang sangat baik, tahan terhadap korosi, dan berkinerja standar tinggi pada suhu ekstrem. Titanium telah menjadi bahan pokok dalam produksi penerbangan, dan penggunaannya akan meningkat lagi selama abad mendatang.

Pesawat yang menggunakan jumlah besar titanium untuk berbagai komponennya meliputi kendaraan komersial seperti AirBus A380 dan Boeing B787, serta pesawat militer seperti F-22, F/A-18, dan helikopter UH-60 Black Hawk.

Bagian penerbangan titanium meliputi komponen rangka badan pesawat dan mesin jet, seperti cakram, palang, poros, dan casing. Banyak di antaranya dapat dipemesinan.

Karena titanium lebih keras daripada aluminium, pemesinannya dengan CNC bisa lebih sulit, menyebabkan aus alat dan penumpukan panas. Ini berarti pemesinan titanium penerbangan mungkin memerlukan RPM mesin yang lebih rendah dan chipload yang lebih besar. (Lihat panduan kami tentang pemesinan titanium untuk informasi lebih lanjut.) Namun, karena pemesinan penerbangan biasanya melibatkan peralatan pemesinan paling canggih dan kelas atas yang tersedia, ini jarang menjadi masalah.

Alloy aluminium

Logam lain yang banyak digunakan dalam pemesinan penerbangan — dan satu yang ada lebih lama dari titanium dan komposit modern — adalah aluminium.

Alloy aluminium ringan dan memiliki kekuatan tarik tinggi. Aluminium membentuk lapisan oksida ketika terpapar udara, membuatnya tahan terhadap korosi, dan juga sangat dapat dibentuk (lebih banyak daripada titanium), sehingga mudah dipemesinan dengan CNC.

Dalam pemesinan CNC penerbangan, alloy aluminium yang paling umum adalah aluminium 7075, yang elemen legasinya utama adalah seng. Meskipun tidak dapat dipemesinan sebaik alloy lain, 7075 memiliki kekuatan kelelahan yang sangat baik. Banyak komponen struktur sayap, fuselage, dan dukungan terbuat dari bahan ini.

Alloy aluminium penerbangan lain yang dapat dipemesinan meliputi 4047 (cladding/filler), 6951 (fin), dan 6063 (struktural). Alloy seri 6000 umumnya dianggap lebih dapat dipemesinan dari yang lainnya.

Superalloy Inconel

Special Metals Corporation telah mengembangkan berbagai superalloy berbasis nikrom austenitik yang disebut Inconel.

Salah satu grade tertentu dari bahan ini, Inconel 718, dikembangkan khusus untuk aplikasi penerbangan. Salah satu penggunaan prima pertamanya adalah untuk casing difusor mesin jet (bagian dengan tekanan sangat tinggi yang menghubungkan kompresor ke pembakar) mesin Pratt & Whitney J58, yang digunakan pada kendaraan seperti Lockheed SR-71 Blackbird.

Inconel 718 lebih baru digunakan oleh SpaceX milik Elon Musk pada manifold mesinnya, yang mendukung kendaraan peluncuran Falcon 9. Ini juga ditemukan di komponen penerbangan lainnya seperti palang turbin, sistem saluran, dan sistem exhaust mesin.

Sebagai logam yang dikeringkan kerja, Inconel 718 harus dipemesinan dengan sejumlah pass sebanyak mungkin; tukang mesin biasanya menggunakan potongan agresif tetapi lambat dengan alat potong keras. Namun, superalloy ini memiliki kekerasan las yang baik.

Plastik teknik

Selain logam seperti titanium dan aluminium, pemesinan penerbangan dapat melibatkan penggunaan plastik berkinerja tinggi seperti PEEK, polycarbonate, dan Ultem.

Plastik dapat menjadi pengganti yang berguna untuk logam karena bobot yang sangat ringan, resistensi baik terhadap benturan dan getaran, properti pemadam, dan resistensi kimia. Mereka juga menawarkan isolasi listrik yang lebih baik daripada logam.

Pemesinan CNC penerbangan plastik teknik dapat menghasilkan bagian penerbangan seperti interior kabin, meja pegang, armrest, casing, pelat aus, isolasi, tabung, komponen klep, dan panel instrumen back-lit.

Pertimbangan penting adalah bahwa plastik penerbangan harus memenuhi persyaratan api, asap, dan toksisitas tertentu. Bahan yang cocok meliputi Nylon (beberapa grade termasuk Nylon 6), PEEK, Ultem, dan PPS.