Terobosan China dalam Manufaktur Komponen Dinding Tipis Aerospace: Teknologi Penggilingan Cermin Memimpin Masa Depan

Dalam rekayasa dirgantara, pengurangan berat secara langsung terkait dengan kinerja. Sebuah rangka pesawat yang lebih ringan memungkinkan pesawat terbang lebih jauh, membawa lebih banyak muatan, dan mengkonsumsi lebih sedikit bahan bakar. Untuk roket, setiap kilogram yang dihemat dalam struktur diterjemahkan menjadi muatan tambahan yang dikirim ke orbit. Namun, komponen yang membuat ini mungkin—kulit pesawat melengkung besar dan dasar tangki roket—harus menahan stres ekstrem sambil mempertahankan presisi aerodinamis.

Selama beberapa dekade, produsen mengandalkan penggilingan kimia. Proses ini, meskipun banyak digunakan, membawa tantangan signifikan: akurasi rendah, ketebalan dinding yang tidak merata, polusi lingkungan yang berat, dan keterbatasan aplikasi pada bahan baru seperti paduan aluminium-lithium. Ketika program generasi berikutnya menuntut rasio kekuatan-terhadap-berat yang lebih tinggi, penggilingan kimia menjadi hambatan daripada solusi.

Kemunculan teknologi penggilingan cermin—metode pemesinan lima sumbu ganda—sekarang telah mendefinisikan ulang bagaimana komponen aerospace dinding tipis dapat diproduksi. Upaya penelitian yang berkelanjutan di Tiongkok selama dekade terakhir telah mendorong proses yang dulunya bergantung pada impor ini ke dalam bidang inovasi domestik dan aplikasi skala besar.

Kulit pesawat harus menggabungkan konstruksi ultra-ringan dengan umur lelah yang panjang, sementara dasar tangki roket harus menahan tekanan propelan dan kekuatan luar biasa saat peluncuran. Pengukiran kimia tradisional (penggilingan kimia) memiliki beberapa kelemahan bawaan:

dan kesulitan mempertahankan ketebalan yang seragam

, dengan limbah kimia dan pencemaran tinggi

, membuat skala dan konsistensi sulit

seperti aluminium-lithium

di bagian berdiameter besar

Masalah ini menjadi hambatan yang serius, membatasi perbaikan dalam kinerja pesawat dan kendaraan luar angkasa.

Mirror milling dianggap secara luas sebagai "permata mahkota" dari pemesinan lima sumbu. Proses ini melibatkan gerakan sinkron dari dua kepala milling—sebuah kepala pemotong dan sebuah kepala penyangga—bekerja dalam citra cermin. Pengukuran ketebalan dinding secara waktu nyata dan dukungan adaptif mencegah deformasi bagian yang lemah dan berdinding tipis.

Selama beberapa dekade, teknologi ini dimonopoli oleh pemasok Eropa seperti Dufieux (Prancis) dan M.Torres (Spanyol). Sebuah mesin kelas 12 meter pernah berharga lebih dari RMB 110 juta (USD 15 juta), biasanya dijual di bawah kontrak yang ketat yang melarang transfer teknologi inti.

Tanggapan China adalah upaya nasional yang berlangsung selama satu dekade. Sebuah konsorsium yang mencakup Universitas Jiao Tong Shanghai, Topplus CNC, COMAC, AVIC Pesawat Xi’an, dan Manufaktur Roket Tianjin mencapai serangkaian terobosan di seluruh rantai—teori, teknologi, proses, dan peralatan. Pencapaian kunci termasuk:

Kemajuan ini telah berhasil diterapkan pada program-program besar seperti pesawat angkut Y-20, jet penumpang C919, program luar angkasa berawak China, dan dasar tangki integral kelas 5 meter untuk misi bulan.

Pada tahun 2017, Universitas Jiao Tong Shanghai dan Topplus CNC Shanghai meluncurkan mesin penggilingan cermin yang pertama kali dibangun di dalam negeri, mengisi kekosongan yang telah lama ada. Ini menempatkan China sebagai negara ketiga di dunia yang menguasai teknologi tersebut, setelah Prancis dan Spanyol.

Sistem mengatasi hambatan teknis utama seperti dukungan peredam untuk struktur ultra-tipis, pengukuran ketebalan dinding secara online dan kompensasi, serta peningkatan akurasi dinamis mesin. Ketika diterapkan pada bagian tangki roket, toleransi ketebalan dinding meningkat lima kali lipat dibandingkan dengan penggilingan kimia.

Terobosan tersebut diakui oleh Kementerian Industri dan Teknologi Informasi China sebagai bagian dari “Lima Tahun Kemajuan dalam Pencapaian Peralatan Utama.”

Tim penelitian selanjutnya mengembangkan mesin vertikal dual lima sumbu kelas 3 meter, memperluas aplikasi penggilingan cermin dari struktur melengkung tunggal menjadi struktur melengkung ganda. Di Tianjin, mereka berhasil menggergaji dasar tangki roket berukuran 3,35 meter dengan ketebalan dinding hanya 1 mm, mencapai rasio diameter terhadap ketebalan sebesar 3350:1.

Untuk mengatasi kekakuan yang sangat lemah—diibaratkan seperti memproses “cangkang telur raksasa”—para insinyur memperkenalkan pemindaian laser, kompensasi ketebalan otomatis, dan kontrol deformasi digital. Ini memungkinkan pembuatan yang tepat dan ramah lingkungan dengan waktu siklus yang jauh lebih pendek.

Di Pabrik Dirgantara Shanghai 149, proses penggilingan cermin untuk dasar tangki roket disempurnakan selama tiga tahun. Akurasi meningkat menjadi ±0,1 mm, sementara waktu pemrosesan turun dari 20 hari menjadi hanya 6–7 hari. Pada bulan Oktober 2023, pabrik merayakan peluncuran tangki integral kelas 3 meter ke-100, menandai kematangan teknologi untuk produksi serial.

Pada tahun 2024, China mencapai prestasi dunia lainnya—penggilingan cermin pada dasar tangki roket berdiameter 5 meter. Tantangannya sangat besar: keseragaman ketebalan dinding menjadi jauh lebih sulit untuk dipertahankan, dan risiko deformasi meningkat. Insinyur merancang mesin vertikal dual-head dengan rentang 6 meter dengan dukungan sinkron 110°, pemindaian ketebalan waktu nyata yang ditingkatkan, dan sistem penjepit yang ditingkatkan.

Pencapaian ini menandai transisi penuh dari penggilingan dan pengelasan kimia yang mencemari dan berkualitas rendah ke penggilingan cermin presisi tinggi yang bersih untuk struktur roket besar.

Pesawat penumpang C919 memerlukan kulit fuselage dengan umur lelah yang melebihi standar Boeing dan Airbus, banyak di antaranya terbuat dari paduan aluminium-lithium. Penggilingan kimia tradisional tidak dapat memenuhi tuntutan ini.

Pada satu titik, rantai pasokan C919 bergantung pada mesin penggilingan cermin impor. Namun, ketika peralatan asing gagal, China menghadapi potensi gangguan pasokan. Tim domestik dengan cepat turun tangan, menyediakan sistem penggilingan cermin horizontal dual lima sumbu dengan presisi, efisiensi, dan jangkauan yang lebih tinggi daripada alternatif impor.

Hari ini, lima jalur produksi otomatis yang berbasis pada penggilingan cermin domestik telah dipasang, memasok kulit untuk lebih dari 60 set pesawat, memastikan produksi yang aman dan dapat diandalkan untuk program C919.

Pesawat angkut besar Y-20 memiliki kulit fuselage melengkung besar, yang dijelaskan oleh insinyur sebagai "film logam." Struktur ultra-besar dan ultra-tipis ini sangat rentan terhadap deformasi selama pemesinan. Peralatan CNC tradisional tidak dapat beradaptasi.

Untuk menyelesaikan ini, AVIC Xi’an Aircraft dan mitra-mitranya mengembangkan mesin penggilingan cermin terbesar di dunia, sistem dual lima sumbu horizontal 12 meter. Ini memungkinkan penggilingan otomatis yang tepat dari kulit besar, mengubah apa yang dulunya merupakan hambatan kritis menjadi proses yang kuat.

Peralatan tidak hanya memenuhi tetapi melampaui harapan kinerja, membangun proses lengkap dan sistem peralatan untuk kulit melengkung besar. Ini sekarang mendukung program Y-20 dan C919, dan diakui oleh Harian Rakyat sebagai tonggak dalam inovasi alat mesin kelas atas.

Keberhasilan penggilingan cermin telah meluas di luar dirgantara ke sektor alat mesin kelas atas yang lebih luas. Pengaruhnya mencakup:

mesin penggilingan panel lima sumbu horizontal yang dikonfigurasi untuk paduan aluminium dan titanium

empat kali lebih tinggi daripada mesin penggilingan gantry konvensional

pemrosesan gantry lima sumbu ultra-tinggi presisi dengan rentang besar untuk komponen pesawat sipil

Pencapaian ini tidak hanya mengamankan kemerdekaan dalam teknologi yang pernah dimonopoli, tetapi juga meningkatkan daya saing global Tiongkok dalam manufaktur presisi.

Dari dasar tangki 3 meter hingga 5 meter, dari paduan aluminium-lithium hingga kulit logam ultra-tipis, program penggilingan cermin China telah mencapai serangkaian pencapaian dunia pertama. Selama lebih dari satu dekade upaya, tim-tim China telah memberikan terobosan dalam teori, proses, peralatan, dan aplikasi industri.

Teknologi sekarang mendukung proyek nasional kunci termasuk C919, Y-20, roket Long March, penerbangan luar angkasa berawak, dan eksplorasi bulan. Dengan mengganti penggilingan kimia dengan penggilingan cermin hijau presisi tinggi, China tidak hanya telah menghilangkan hambatan yang telah lama ada tetapi juga memposisikan dirinya di garis depan manufaktur dirgantara generasi berikutnya.

Seiring aplikasi berkembang dan teknologi terus berkembang, penggilingan cermin akan memainkan peran yang lebih besar—membantu sektor dirgantara China mencapai ketinggian baru sambil membentuk masa depan manufaktur dirgantara global.