Zinta txirikordatua, gainmoldaketa eta forma-blokeatzea konbinatuz, Herone-k pieza bakarreko eta pare handiko engranaje-ardatz ekoizten ditu aplikazio sorta zabaletarako erakusle gisa.
Engranaje-ardatz konposatu bateratua.Herone-k txirikordatutako konposite termoplastikozko zinta aurrepregnatuak erabiltzen ditu aurreforma gisa, ardatz-ardatz-laminatua sendotu eta elementu funtzionalak gainmoldeatzen dituena, hala nola engranajeak bezalakoak, pisua, piezen kopurua, muntaketa-denbora eta kostua murrizten dituzten egitura bateratuak sortuz.Irudi guztien iturria |lertxuna
Egungo aurreikuspenek datozen 20 urteetan hegazkin komertzialen flota bikoiztu behar da.Horri egokitzeko, 2019an konpositeetan intentsitate handiko hegazkinen ekoizpen-tasak hilean 10 eta 14 bitartekoak dira OEM bakoitzeko, eta gorputz estuak dagoeneko 60era igo dira hilean OEM bakoitzeko.Airbus bereziki hornitzaileekin lan egiten ari da A320-n eskuz prestatutako pieza tradizionalak, baina denbora intentsiboak, aldatzeko, 20 minutuko ziklo-denbora prozesu azkarragoen bidez egindako piezenetara aldatzeko, hala nola presio handiko erretxina transferitzeko moldaketa (HP-RTM), horrela piezak lagunduz. hornitzaileek hilero 100 hegazkin lortzeko bultzada gehiago betetzen dute.Bien bitartean, sortzen ari den hiri-aire mugikortasunaren eta garraioaren merkatuak urtean 3.000 aireratze eta lurreratze bertikal elektriko (EVTOL) behar direla aurreikusten du (250 hilean).
"Industriak konposite termoplastikoek eskaintzen dituzten funtzioak integratzeko aukera ematen duten ziklo-denbora laburtuekin produkzio automatizatuko teknologiak behar ditu", dio Daniel Barfussek, herone (Dresden, Alemania), konpositeen teknologia eta piezen fabrikazioko fundatzaile eta bazkide gerenteak. Errendimendu handiko matrize termoplastikoko materialak erabiltzen dituen enpresa, polifenilenosulfurotik (PPS) polietereterzetona (PEEK), polieterzetonektona (PEKK) eta poliarileterketona (PAEK)."Gure helburu nagusia da konposite termoplastikoen (TPC) errendimendu altua kostu txikiagoarekin konbinatzea, serieko fabrikazio aplikazio eta aplikazio berrien neurrira egokitutako piezak ahalbidetzeko", gaineratu du Christian Garthaus doktoreak, herone-ren bigarren sortzailekide eta kudeatzaileak. bikotekidea.
Hori lortzeko, konpainiak ikuspegi berri bat garatu du, guztiz inpregnatuta dauden zuntz zintetatik hasita, zinta hauek txirikordatuz “organoTube” aurreforma huts bat osatuz eta organoHodiak sekzio eta forma aldakorreko profiletan finkatuz.Ondorengo prozesu-urrats batean, TPCen soldagarritasuna eta termoformagarritasuna erabiltzen ditu elementu funtzionalak, hala nola engranaje konposatuak, ardatz ardatzetan, hodietan muturrak edo karga-transferentziako elementuak tentsio-konpresio zutoinetan integratzeko.Barfussek gehitzen du moldaketa prozesu hibrido bat erabiltzeko aukera dagoela - Victrex zetona matrizearen hornitzaileak (Cleveleys, Lancashire, Erresuma Batua) eta Tri-Mack (Bristol, RI, AEB) piezen hornitzaileak garatua - profiletarako PAEK urtze tenperatura baxuagoko zinta erabiltzen duena. eta PEEK gainmoldaketa egiteko, junturan zehar fusionatutako material bakarra ahalbidetuz (ikus “Geinmoldetzeak PEEK-en gama konpositeetan zabaltzen du”)."Gure egokitzapenak forma geometrikoen blokeoa ere ahalbidetzen du", gaineratu du, "eta horrek karga are handiagoak jasan ditzaketen egitura integratuak sortzen ditu".
Heroiaren prozesua guztiz inpregnatutako karbono-zuntzez indartutako zinta termoplastikoekin hasten da, organoHodietan txirikordatuta eta finkatuta daudenak."Orain dela 10 urte hasi ginen organohodi hauekin lanean, abiaziorako hodi hidrauliko konposatuak garatzen", dio Garthausek.Azaldu duenez, hegazkinen bi hodi hidraulikok geometria bera ez dutenez, molde bat beharko litzateke bakoitzerako, dagoen teknologia erabiliz.«Postprozesatu zitekeen hodi bat behar genuen, banakako tutu geometria lortzeko.Beraz, ideia konposatu profil jarraituak egitea zen eta gero CNC horiek nahi diren geometrietara tolestzea”.
2. irudia Prepreg txirikordadun zintek organoHodiak izeneko sare formako preformak eskaintzen dituzte heroiaren injekzio-prozesurako eta hainbat forma ekoizteko aukera ematen dute.
Honek Sigma Precision Components (Hinckley, Erresuma Batua) egiten ari denaren antzekoa dirudi (ikus "Aeromotorrak konposatu hodiekin konpontzea") karbono-zuntzez/PEEK motorraren apainketarekin."Antzeko piezak aztertzen ari dira, baina beste sendotze metodo bat erabiltzen dute", azaldu du Garthausek."Gure ikuspegiarekin, errendimendua areagotzeko potentziala ikusten dugu, hala nola, egitura aeroespazialen % 2ko porositatea baino gutxiago".
Garthausen doktorea.ILK-n egindako tesi-lanak konposite termoplastiko jarraitua (TPC) pultrusioa erabiliz aztertu zuen txirikorda-hodiak ekoizteko, eta ondorioz, TPC hodi eta profilen etengabeko fabrikazio prozesu patentatu bat izan zen.Hala ere, oraingoz, Herone-k hegazkin-hornitzaile eta bezeroekin lan egitea aukeratu du moldaketa-prozesu eten bat erabiliz."Horrek askatasuna ematen digu forma guztiak egiteko, profil kurbatuak eta ebakidura desberdina dutenak barne, baita tokiko adabakiak eta xafla-jaitsiak aplikatzeko ere", azaldu du.“Lan egiten ari gara tokiko adabakiak integratzeko prozesua automatizatzeko eta, ondoren, profil konposatuarekin batera sendotzeko.Funtsean, laminatu lauekin eta maskorrekin egin dezakezun guztia, hodietarako eta profiletarako egin dezakegu».
Garthaus-ek dioenez, TPC profil huts hauek egitea erronka gogorrenetako bat izan zen.«Ezin duzu erabili zigilu-formaketa edo putz-moldeaketa silikonazko maskuriarekin;beraz, prozesu berri bat garatu behar izan dugu».Baina prozesu honek errendimendu handiko eta neurrira egokitutako hodi eta ardatzetan oinarritutako piezak ahalbidetzen ditu, adierazi du.Victrex-ek garatu zuen moldaketa hibridoa ere erabili zuen, non urtze-tenperatura baxuagoko PAEK PEEK-rekin gainmoldeatzen den, organo-xafla eta injekzio-moldeaketa urrats bakarrean sendotuz.
OrganoTube zinta txirikorda-preformak erabiltzearen beste alderdi aipagarri bat hondakin gutxi sortzen dutela da."Txirikulazioarekin, hondakinen % 2 baino gutxiago dugu, eta TPC zinta denez, hondakin kopuru txiki hori gainmoldatzean erabil dezakegu materialaren erabilera tasa % 100era arte", azpimarratzen du Garthausek.
Barfuss eta Garthaus-ek garapen-lana hasi zuten Dresdengo TU-ko Ingeniaritza Arinaren eta Polimeroen Teknologiaren Institutuko (ILK) ikertzaile gisa."Hau konpositeen eta diseinu hibrido arinetarako Europako institutu handienetako bat da", adierazi du Barfussek.Berak eta Garthausek ia 10 urtez egin zuten lan bertan hainbat garapenetan, besteak beste, TPC pultrusio jarraituan eta elkarketa mota ezberdinetan.Lan hori, azkenean, gaur egun heroine TPC prozesuen teknologian sartu zen.
"Ondoren, Alemaniako EXIST programara aurkeztu genuen, hau da, teknologia hori industriara transferitzea helburu duena eta urtero 40-60 proiektu finantzatzen ditu ikerketa-eremu ugaritan", dio Barfussek."Ekiporako ekipamendurako finantzaketa, lau langile eta eskalatzeko hurrengo urratserako inbertsioa jaso genuen".Herone 2018ko maiatzean sortu zuten JEC World-en erakusketa egin ostean.
JEC World 2019rako, herone-k erakustaldiko pieza sorta bat ekoitzi zuen, tarte arin, pare handiko, engranaje-ardatz integratua edo engranaje-ardatz."Piezak eskatzen dituen angeluetan txirikordatutako karbono zuntz/PAEK zinta organoHodi bat erabiltzen dugu eta hori hodi batean finkatzen dugu", azaldu du Barfussek."Ondoren, hodia 200 °C-tan berotzen dugu eta 380 °C-tan karbono-zuntzez indartutako PEEK laburra injektatuz egindako engranaje batekin gainmoldeatzen dugu".Gainmoldeaketa Autodesk-eko Moldflow Insight erabiliz modelatu zen (San Rafael, Kalifornia, AEB).Moldea betetzeko denbora 40,5 segundora optimizatu zen eta Arburg (Lossburg, Alemania) ALLROUNDER injekzio-makina erabiliz lortu zen.
Gainmoldeketa honek muntaketa-kostuak, fabrikazio-urratsak eta logistika murrizteaz gain, errendimendua hobetzen du.PAEK ardatzaren urtze-tenperaturaren eta gainmoldeatutako PEEK engranajearen arteko 40 °C-ko diferentziak bien arteko urtze-lotura kohesionatua ahalbidetzen du maila molekularrean.Lotura-mekanismoa bigarren mota bat, forma-blokeatzea, injekzio-presioa erabiliz ardatza aldi berean termoformatzeko gainmoldatzean lortzen da forma-blokeatzeko sestra bat sortzeko.Hau beheko 1. irudian ikus daiteke "injekzioaren eraketa" gisa.Zirkunferentzia korrugatua edo sinusoidala sortzen du, non engranajea elkartzen den sekzio zirkular leun baten aurrean, eta horrek geometrikoki blokeatzeko forma sortzen du.Horrek engranaje-ardatz integratuaren indarra areagotzen du, probetan frogatu den bezala (ikusi beheko eskuineko grafikoa).1. Victrex eta ILK-ekin elkarlanean garatua, herone-k injekzio-presioa erabiltzen du gainmoldean zehar engranaje-ardatz integratuan (goialdean) forma blokeatzeko ingerada sortzeko. Pare handiagoa mantentzea engranaje-ardatz-ardatz gainmoldeatu baten aldean, forma blokeatu gabe (kurba beltza grafikoan).
"Jende asko urtze-lotura kohesionatua lortzen ari da gainmoldean zehar", dio Garthausek, "eta beste batzuk forma-blokeatzea erabiltzen ari dira konpositeetan, baina gakoa biak prozesu automatizatu bakar batean konbinatzea da".Azaltzen du 1. irudiko proben emaitzetarako, engranajearen ardatza eta zirkunferentzia osoa bereizita lotu zirela, gero biratu egin zirela zizaila-karga eragiteko.Grafikoko lehen hutsegitea zirkulu batek markatzen du forma blokeatu gabeko PEEK engranaje gainmoldatu bat dela adierazteko.Bigarren hutsegitea izar baten antza duen zirkulu ozkurtu batek markatzen du, forma-blokeoarekin gainmoldeatutako engranaje baten probak adierazten dituena."Kasu honetan, juntadura kohesionatua eta forma blokeatuta dago", dio Garthausek, "eta ia % 44ko pare-kargaren igoera lortzen duzu".Orain erronka, dioenez, forma-blokeoak karga lehenago hartzea da, engranaje-ardatz honek huts egin baino lehen maneiatuko duen momentua are gehiago handitzeko.
Heronek bere injekzio-konformazioarekin lortzen duen sestra-forma-blokeatzeari buruzko puntu garrantzitsu bat zati indibidualerako guztiz egokituta dagoela da eta zati horrek jasan behar duen kargara.Esate baterako, engranaje-ardatzean, forma-blokeoa zirkunferentziala da, baina beheko tentsio-konpresio zutoinetan, axiala da."Horregatik garatu duguna ikuspegi zabalagoa da", dio Garthausek."Funtzioak eta piezak nola integratzen ditugun aplikazio indibidualaren araberakoa da, baina zenbat eta gehiago egin, orduan eta pisu eta kostu gehiago aurreztuko dugu".
Gainera, engranajeak bezalako elementu funtzionaletan erabiltzen den zuntz motzeko indartutako zetonak higadura gainazal bikainak eskaintzen ditu.Victrex-ek hori frogatu du eta, hain zuzen ere, PEEK eta PAEK materialengatik merkaturatzen du datu hori.
Barfussek adierazi duenez, engranaje-ardatz integratua, 2019ko JEC World Innovation Award sariarekin saritua izan zen aeroespazialeko kategorian, "gure ikuspegiaren erakustaldia da, ez aplikazio bakarrera bideratutako prozesu bat soilik.Aztertu nahi genuen zenbat erraztu genitzakeen fabrikazioa eta TPC-en propietateak ustiatzeko egitura funtzionalizatu eta integratuak sortzeko".Konpainia gaur egun tentsio-konpresio hagak optimizatzen ari da, struts bezalako aplikazioetan erabiltzen direnak.
3. Irudia Tentsio-konpresio puntalakInjekzio-konformazioa zutoinetara hedatzen da, non heronak metalezko karga transferitzeko elementu bat pieza-egituran gainmoldatzen duen forma-blokeo axiala erabiliz, elkarketaren indarra areagotzeko.
Tentsio-konpresio zutoinen elementu funtzionala interfaze metalikoko pieza bat da, kargak metalezko sardexkatik eta hodi konposatura transferitzen dituena (ikus beheko ilustrazioa).Injekzio-konformazioa karga metalikoa sartzeko elementua strut konposatuaren gorputzean integratzeko erabiltzen da.
"Ematen dugun onura nagusia pieza kopurua murriztea da", adierazi du."Horrek nekea errazten du, eta hori erronka handia da hegazkinen strut aplikazioetarako.Forma-blokeatzea dagoeneko erabiltzen da plastikozko edo metalezko txertaketa duten konposite termoegonkoretan, baina ez dago lotura kohesiorik, beraz, piezen artean mugimendu apur bat lor dezakezu.Gure ikuspegiak, ordea, halako mugimendurik gabeko egitura bateratu bat eskaintzen du».
Garthausek kalte-tolerantzia aipatzen du zati hauentzako beste erronka gisa."Zukaldunei eragin behar diezu eta gero neke-probak egin", azaldu du."Errendimendu handiko matrize termoplastikoko materialak erabiltzen ari garenez, % 40ko kalte-tolerantzia handiagoa lor dezakegu termoegonkorren aldean, eta, gainera, inpaktuaren mikropitzadurak gutxiago hazten dira nekearen kargarekin".
Nahiz eta erakustaldiko zutoinek txertaketa metaliko bat erakusten duten, Herone gaur egun soluzio termoplastiko oso bat garatzen ari da, konposatuzko puntalaren gorputzaren eta karga sartzeko elementuaren arteko lotura kohesionatua ahalbidetzen duena."Ahal dugunean, nahiago dugu guztiz konposatuak egon eta propietateak doitzea zuntz-errefortzu mota aldatuz, karbonoa, beira, zuntz jarraitua eta laburra barne", dio Garthausek.«Horrela, konplexutasuna eta interfazearen arazoak minimizatzen ditugu.Esaterako, askoz arazo gutxiago ditugu termoegonkorrak eta termoplastikoak konbinatzearekin alderatuta».Horrez gain, Tri-Mack-ek PAEK eta PEEK-en arteko lotura probatu du, eta emaitzek erakusten dute oinarrizko CF/PAEK laminatu baten indarraren % 85 duela eta lotura itsasgarriak baino bi aldiz sendoa dela industria-estandarra den film epoxiko itsasgarriarekin.
Barfussek dio orain Heronek bederatzi langile dituela eta garapen teknologikoko hornitzailetik abiazio piezen hornitzaile izatera igarotzen ari dela.Bere hurrengo urrats handia Dresdenen fabrika berri bat garatzea da."2020 amaierarako lehen serieko piezak ekoizten dituen planta pilotu bat izango dugu", dio."Dagoeneko abiazioko OEMekin eta Tier 1 hornitzaile nagusiekin ari gara lanean, aplikazio mota askotarako diseinuak erakutsiz".
Konpainia eVTOL hornitzaileekin eta AEBetako hainbat kolaboratzailerekin ere ari da lanean, Herone hegazkin-aplikazioak heltzen diren heinean, kirol-produktuen aplikazioekin fabrikazio esperientzia ere lortzen ari da saguzarrak eta bizikleta osagaiak barne."Gure teknologiak pieza konplexu ugari ekoiz ditzake errendimendu, ziklo-denbora eta kostu-onurekin", dio Garthausek."PEEK erabiliz gure ziklo-denbora 20 minutukoa da, eta autoklabean ondutako prepreg erabiliz 240 minutukoa da.Aukera eremu zabala ikusten dugu, baina oraingoz gure lehen aplikazioak produkzioan sartzea eta piezen balioa merkatuan erakustea da gure arreta».
Herone Carbon Fiber 2019 ekitaldian ere aurkeztuko da. Lortu informazio gehiago ekitaldiari buruz carbonfiberevent.com helbidean.
Esku-geruza tradizionala optimizatzera bideratuta, nacelle eta bultzada-alderantzigailuen fabrikatzaileek automatizazioaren eta moldaketa itxiaren etorkizuneko erabilerari erreparatu diote.
Hegazkinen arma-sistemak karbono/epoxiaren errendimendu handia lortzen du konpresio moldaketaren eraginkortasunarekin.
Konpositeek ingurumenean duten inpaktua kalkulatzeko metodoek datuetan oinarritutako material tradizionalekin alderaketak ahalbidetzen dituzte berdintasunean.
Argitalpenaren ordua: 2019-08-19