Kombinante plektitan glubendon, supermoldado kaj formo-ŝlosado, hero produktas unupecan, alt-momantan ilaron-veturadŝafton kiel pruvilo por larĝa gamo de aplikoj.
Unuigita komponigita ilar-movadŝafto.Herone utiligas plektitajn termoplastajn kunmetitajn prepregbendojn kiel antaŭformojn por procezo kiu plifirmigas la kondukŝaftan lamenaĵon kaj tromuldas funkciajn elementojn kiel ekzemple ilaroj, produktante unuigitajn strukturojn kiuj reduktas pezon, partkalkulon, kunigtempon kaj koston.Fonto por ĉiuj bildoj |ardeo
Nunaj projekcioj postulas duobligon de la komerca aviadila floto dum la venontaj 20 jaroj.Por alĝustigi ĉi tion, produktadaj tarifoj en 2019 por kunmetaĵ-intensaj larĝkorpaj aviadiloj varias de 10 ĝis 14 monate per OEM, dum mallarĝaj korpoj jam pliiĝis al 60 monate per OEM.Airbus specife kunlaboras kun provizantoj por ŝanĝi tradiciajn, sed tempointensajn, manajn aranĝajn prepreg-partojn sur la A320 al partoj faritaj per pli rapidaj, 20-minutaj ciklotempoprocezoj kiel altprema rezina transiga muldado (HP-RTM), tiel helpante parton. provizantoj renkontas plian puŝon al 100 aviadiloj monate.Dume, la emerĝanta urba aera movebleco kaj transporta merkato antaŭvidas bezonon de 3,000 elektraj vertikalaj ekflugo kaj surteriĝo (EVTOL) aviadiloj jare (250 monate).
"La industrio postulas aŭtomatigitajn produktadteknologiojn kun mallongigitaj ciklotempoj, kiuj ankaŭ permesas integri funkciojn, kiuj estas ofertitaj de termoplastaj kunmetaĵoj," diras Daniel Barfuss, kunfondinto kaj administra partnero de hero (Dresdeno, Germanio), kunmetaĵteknologio kaj fabrikado de partoj. firmao kiu uzas alt-efikecajn termoplastajn matricmaterialojn de polifenilensulfido (PPS) ĝis polietereterketono (PEEK), polieterketonketono (PEKK) kaj poliarileterketono (PAEK)."Nia ĉefa celo estas kombini la altan rendimenton de termoplastaj komponaĵoj (TPC) kun pli malalta kosto, por ebligi tajloritajn partojn por pli vasta gamo de seriaj fabrikaj aplikoj kaj novaj aplikoj," aldonas d-ro Christian Garthaus, la dua kunfondinto kaj administranto de hero. partnero.
Por atingi tion, la firmao evoluigis novan aliron, komencante kun plene impregnitaj, kontinuaj fibrobendoj, plektante ĉi tiujn glubendojn por formi kavan preformon "organoTube" kaj plifirmigante la organoTubejn en profilojn kun variaj sekcoj kaj formoj.En posta procezpaŝo, ĝi uzas la veldeblecon kaj termoformadeblon de TPCoj por integri funkciajn elementojn kiel ekzemple sintezaj ilaroj sur kondukŝaftoj, finfitting sur pipojn, aŭ ŝarĝtransigajn elementojn en streĉ-kunpremajn apogtrabojn.Barfuss aldonas, ke ekzistas la eblo uzi hibridan muldan procezon - evoluigitan fare de ketonmatrico-provizanto Victrex (Cleveleys, Lancashire, UK) kaj partprovizanto Tri-Mack (Bristol, RI, Usono) - kiu uzas pli malaltan fandtemperaturan PAEK-bendon por la profiloj. kaj PEEK por la supermoldado, ebligante kunfanditan, ununuran materialon trans la kunigo (vidu "Overmolding vastigas la gamon de PEEK en kunmetaĵoj")."Nia adapto ankaŭ ebligas geometrian formŝlosadon," li aldonas, "kiu produktas integrajn strukturojn, kiuj povas elteni eĉ pli altajn ŝarĝojn."
La heroprocezo komenciĝas per plene impregnitaj karbonfibr-plifortigitaj termoplastaj bendoj kiuj estas plektitaj en organoTuboj kaj firmigitaj."Ni komencis labori kun ĉi tiuj organotuboj antaŭ 10 jaroj, disvolvante kunmetitajn hidraŭlikajn tubojn por aviado," diras Garthaus.Li klarigas, ke ĉar neniuj du aviadilaj hidraŭlikaj tuboj havas la saman geometrion, muldilo estus bezonata por ĉiu, uzante ekzistantan teknologion.“Ni bezonis pipon kiu povus esti post-prilaborita por atingi la individuan tubgeometrion.Do, la ideo estis fari kontinuajn kunmetitajn profilojn kaj poste CNC fleksi tiujn en la deziratajn geometriojn."
Fig. 2 Plektitaj prepreg-bendoj disponigas ret-formajn antaŭformojn nomitajn organoTubes por la injekt-forma procezo de hero kaj ebligas produktadon de diversaj formoj.
Ĉi tio sonas simile al tio, kion faras Sigma Precision Components (Hinckley, UK) (vidu "Redressing aeromotors with composite pipes") kun sia karbonfibro/PEEK motorpansaĵo."Ili rigardas similajn partojn sed uzas malsaman solidigan metodon," Garthaus klarigas."Kun nia aliro, ni vidas potencialon por pliigita rendimento, kiel malpli ol 2% poreco por aerospacaj strukturoj."
Ph.D de Garthaus.tezlaboro ĉe la ILK esploris uzante kontinuan termoplastan kunmetaĵon (TPC) pultrusion por produkti plektitajn tubojn, kiuj rezultigis patentitan kontinuan produktadprocezon por TPC-tuboj kaj profiloj.Tamen, nuntempe, ardeo elektis labori kun aviadaj provizantoj kaj klientoj uzante malkontinuan muldan procezon."Ĉi tio donas al ni la liberecon fari ĉiujn diversajn formojn, inkluzive de kurbaj profiloj kaj tiuj kun ŝanĝiĝanta sekco, kaj ankaŭ apliki lokajn diakilojn kaj foliojn," li klarigas."Ni laboras por aŭtomatigi la procezon por integri lokajn diakilojn kaj poste kunsolidigi ilin kun la kunmetita profilo.Esence, ĉion, kion vi povas fari per plataj lamenaĵoj kaj ŝeloj, ni povas fari por tuboj kaj profiloj."
Fari ĉi tiujn TPC-kavajn profilojn estis fakte unu el la plej malfacilaj defioj, diras Garthaus.“Vi ne povas uzi stamp-formadon aŭ blovigon per silikona veziko;do, ni devis evoluigi novan procezon."Sed ĉi tiu procezo ebligas tre alt-efikajn kaj tajlorajn tubojn kaj ŝafto-bazitajn partojn, li notas.Ĝi ankaŭ ebligis uzi la hibridan muldadon, kiun Victrex evoluigis, kie pli malalta fandtemperaturo PAEK estas tromuldita kun PEEK, plifirmigante la organofolion kaj injektomuldadon en ununura paŝo.
Alia rimarkinda aspekto de uzado de organoTube plektitaj glubendpreformoj estas ke ili produktas tre malmulte da rubo."Kun plektado, ni havas malpli ol 2% malŝparojn, kaj ĉar ĝi estas TPC-bendo, ni povas uzi ĉi tiun malgrandan kvanton da rubo reen en la supermoldado por akiri la materialan utiligan indicon ĝis 100%," Garthaus emfazas.
Barfuss kaj Garthaus komencis sian evolulaboron kiel esploristoj ĉe la Instituto de Malpeza Inĝenierado kaj Polimerteknologio (ILK) ĉe TU Dresdeno."Ĉi tiu estas unu el la plej grandaj eŭropaj institutoj por kunmetaĵoj kaj hibridaj malpezaj dezajnoj," notas Barfuss.Li kaj Garthaus laboris tie dum preskaŭ 10 jaroj pri kelkaj evoluoj, inkluzive de kontinua TPC-pultrusion kaj malsamaj specoj de kunigo.Tiu laboro poste estis distilita en kio nun estas la heroa TPC-procezteknologio.
"Ni tiam kandidatiĝis al la germana EXIST-programo, kiu celas transdoni tian teknologion al industrio kaj financas 40-60 projektojn ĉiujare en ampleksa gamo de esplorkampoj," diras Barfuss."Ni ricevis financadon por kapitalekipaĵo, kvar dungitoj kaj investo por la sekva paŝo de pligrandigo."Ili formis ardeon en majo 2018 post ekspozicio ĉe JEC World.
De JEC World 2019, ardeo produktis gamon da pruvpartoj, inkluzive de malpeza, alta tordmomanto, integra ilara veturilŝafto aŭ dentŝafto."Ni uzas karbonfibro/PAEK-bendon organoTube plektita laŭ la anguloj postulataj de la parto kaj solidigas tion en tubon," klarigas Barfuss."Ni tiam antaŭvarmigas la tubon je 200 °C kaj tromuldas ĝin per ilaro farita per injekto de mallonga karbonfibro-plifortigita PEEK je 380 °C."La tromuldado estis modeligita uzante Moldflow Insight de Autodesk (San Rafael, Kalifornio, Usono).La tempo de plenigo de muldilo estis optimumigita al 40.5 sekundoj kaj atingita per Arburg (Lossburg, Germanio) ALLROUNDER-injektomuldmaŝino.
Ĉi tiu supermoldado ne nur reduktas muntajn kostojn, fabrikajn paŝojn kaj loĝistikon, sed ĝi ankaŭ plibonigas rendimenton.La diferenco de 40 °C inter la fandtemperaturo de la PAEK-ŝakto kaj tiu de la tromuldita PEEK-ilaro ebligas kohezian fand-ligadon inter la du sur la molekula nivelo.Dua speco de kunigmekanismo, formo-ŝlosado, estas atingita uzante la injektan premon por samtempe termoformi la ŝafton dum tromuldado por krei formo-ŝlosantan konturon.Ĉi tio povas esti vidita en Fig. 1 malsupre kiel "injekto-formado".Ĝi kreas ondumitan aŭ sinusoidan cirkonferencon kie la ilaro estas kunigita kontraŭ glata cirkla sekco, kiu rezultigas geometrie ŝlosantan formon.Ĉi tio plue plibonigas la forton de la integra ŝafto, kiel pruvite en testado (vidu grafikaĵon malsupre dekstre).Fig.1. Disvolvita kunlabore kun Victrex kaj ILK, ardeo uzas injektan premon dum supermoldado por krei formo-ŝlosan konturon en la integra draŝfarbo (supro).Ĉi tiu injekt-forma procezo permesas la integran ilarŝafton kun formo-ŝlosado (verda kurbo sur grafikaĵo) al. daŭrigu pli altan tordmomanton kontraŭ tromuldita ilar-movadŝafto sen formo-ŝlosado (nigra kurbo sur grafeo).
"Multaj homoj atingas kohezian fand-ligon dum tromuldado," diras Garthaus, "kaj aliaj uzas formŝlosadon en kunmetaĵoj, sed la ŝlosilo estas kombini ambaŭ en ununuran aŭtomatigitan procezon."Li klarigas ke por la testrezultoj en Fig. 1, kaj la ŝafto kaj plena cirkonferenco de la ilaro estis krampitaj aparte, tiam turnitaj por stimuli tondŝarĝon.La unua fiasko sur la grafeo estas markita per cirklo por indiki ke ĝi estas por tromuldita PEEK-ilaro sen formo-ŝlosado.La dua fiasko estas markita per krispa cirklo simila al stelo, indikante testadon de tromuldita ilaro kun formo-ŝlosado."En ĉi tiu kazo, vi havas kaj kohezian kaj form-ŝlositan kuniĝon," diras Garthaus, "kaj vi gajnas preskaŭ 44% pliigon de tordmomanta ŝarĝo."La defio nun, li diras, estas akiri la formo-ŝlosadon por preni ŝarĝon en pli frua etapo por plue pliigi la tordmomanton, kiun ĉi tiu rapidumŝafto traktos antaŭ malsukceso.
Grava punkto pri la kontura formo-ŝlosado, kiun ardeo atingas per sia injektoformado, estas, ke ĝi estas tute adaptita al la individua parto kaj la ŝarĝo, kiun tiu parto devas elteni.Ekzemple, en la dentŝafto, la formo-ŝlosado estas ĉirkaŭa, sed en la streĉ-kunpremaj apogtraboj malsupre, ĝi estas aksa."Tial tio, kion ni evoluigis, estas pli larĝa aliro," diras Garthaus."Kiel ni integras funkciojn kaj partojn dependas de la individua aplikaĵo, sed ju pli ni povas fari tion, des pli da pezo kaj kosto ni povas ŝpari."
Ankaŭ, la mallonga fibro plifortigita ketono uzata en tromolitaj funkciaj elementoj kiel ilaroj provizas bonegajn eluzajn surfacojn.Victrex pruvis tion kaj fakte surmerkatigas ĉi tiun fakton por siaj PEEK kaj PAEK-materialoj.
Barfuss substrekas, ke la integra ŝafto, kiu estis rekonita kun 2019 JEC World Innovation Award en la aerospaca kategorio, estas "pruvo de nia aliro, ne nur procezo koncentrita al ununura aplikaĵo.Ni volis esplori kiom ni povus plifaciligi la fabrikadon kaj ekspluati la ecojn de TPCoj por produkti funkciigitajn, integrajn strukturojn."La firmao nuntempe optimumigas streĉ-kunpremajn bastonojn, uzitajn en aplikoj kiel apogtraboj.
Fig. 3 Tensio-kunpremaj apogtrabojInjekto-formado estas etendita al apogtraboj, kie ardeo supermoldas metalan ŝarĝan transigan elementon en la partstrukturon uzante aksan formŝlosadon por pliigi la kunigforton.
La funkcia elemento por la streĉ-kunpremaj apogtraboj estas metala interfacparto kiu transdonas ŝarĝojn al kaj de la metalforko al la sinteza tubo (vidu ilustraĵon malsupre).Injektoformado kutimas integri la metalan ŝarĝan enkondukelementon en la kunmetitan apogtrabkorpon.
"La ĉefa profito, kiun ni donas, estas malpliigi la nombron da partoj," li notas."Ĉi tio simpligas lacecon, kio estas granda defio por aviadilaj apogtraboj.Form-ŝlosado jam estas uzata en termostataj kunmetaĵoj kun plasta aŭ metala enmetaĵo, sed ne ekzistas kohezia ligo, do vi povas ricevi iometan movon inter la partoj.Nia aliro tamen disponigas unuigitan strukturon sen tia movado."
Garthaus citas damaĝotoleremon kiel alian defion por tiuj partoj."Vi devas efiki la apogtrabojn kaj poste fari lacectestojn," li klarigas."Ĉar ni uzas alt-efikecajn termoplastajn matricajn materialojn, ni povas atingi ĝis 40% pli altan damaĝo-toleremon kontraŭ termostatoj, kaj ankaŭ ajnaj mikrofendoj de efiko kreskas malpli kun laceca ŝarĝo."
Eĉ se pruvapogtraboj montras metalan enigaĵon, ardeo nuntempe disvolvas tute-termoplastan solvon, ebligante kohezian ligon inter la kunmetita apogtrabkorpo kaj la ŝarĝa enkondukelemento."Kiam ni povas, ni preferas resti tute kunmetitaj kaj ĝustigi proprietojn ŝanĝante la tipon de fibro-plifortigo, inkluzive de karbono, vitro, kontinua kaj mallonga fibro," diras Garthaus."Tiel ni minimumigas kompleksecon kaj interfaco-problemojn.Ekzemple, ni havas multe malpli da problemoj kompare kun kombinado de termostatoj kaj termoplastoj."Krome, la ligo inter PAEK kaj PEEK estis testita de Tri-Mack kun rezultoj montrante, ke ĝi havas 85% de la forto de baza unudirekta CF/PAEK-lamenaĵo kaj estas duoble pli forta ol gluaj ligoj uzantaj industrinorman epoksian filmgluon.
Barfuss diras, ke ardeo nun havas naŭ dungitojn kaj transiras de provizanto de teknologia disvolviĝo al provizanto de aviadaj partoj.Ĝia sekva granda paŝo estas la disvolviĝo de nova fabriko en Dresdeno."Ĝis la fino de 2020 ni havos pilotplanton produktantan unuajn seriopartojn," li diras."Ni jam laboras kun aviadaj OEM-oj kaj ĉefaj provizantoj de Tier 1, montrante dezajnojn por multaj malsamaj specoj de aplikoj."
La firmao ankaŭ laboras kun eVTOL-provizantoj kaj diversaj kunlaborantoj en Usono Dum hero maturigas aviadaplikojn, ĝi ankaŭ akiras produktadsperton kun sportvaroj-aplikoj inkluzive de vespertoj kaj biciklokomponentoj."Nia teknologio povas produkti ampleksan gamon de kompleksaj partoj kun rendimento, ciklotempo kaj kostaj avantaĝoj," diras Garthaus."Nia ciklotempo uzante PEEK estas 20 minutoj, kontraŭ 240 minutoj per aŭtoklave kuracita prepreg.Ni vidas larĝan kampon de ŝancoj, sed nuntempe, nia fokuso estas enigi niajn unuajn aplikojn en produktadon kaj pruvi la valoron de tiaj partoj al la merkato."
Herone ankaŭ prezentos ĉe Carbon Fiber 2019. Lernu pli pri la evento ĉe carbonfiberevent.com.
Koncentritaj al optimumigo de tradicia mana enmetiĝo, fabrikistoj de gondolo kaj puŝreversiloj atentas estontan uzon de aŭtomatigo kaj fermita muldado.
Aviadila armilsistemo akiras la altan rendimenton de karbono/epoksio kun la efikeco de kunpremadmuldado.
Metodoj por kalkuli la efikon kunmetaĵoj havas sur la medio ebligas daten-movitajn komparojn al tradiciaj materialoj sur ebena ludkampo.
Afiŝtempo: Aŭg-19-2019