Kombinéiert geflecht Band, Overmolding a Form-Locking, Herone produzéiert een Stéck, héich Dréimoment Gear-Driveshaft als Demonstrateur fir eng breet Palette vun Uwendungen.
Vereenegt Komposit Gear-Driveshaft.Herone benotzt geflecht thermoplastesch Komposit Prepreg Bänner als Preforme fir e Prozess deen d'Driveshaft Laminat konsolidéiert an funktionell Elementer wéi Gears iwwermolt, vereenegt Strukturen produzéieren déi Gewiicht, Deelzuel, Montagezäit a Käschten reduzéieren.Quell fir all Biller |heron
Aktuell Projektioune fuerderen eng Verdueblung vun der kommerziell Fligerflott iwwer déi nächst 20 Joer.Fir dëst z'empfänken, variéiere d'Produktiounsraten am Joer 2019 fir Composite-intensiv Widebody Jetliner vun 10 bis 14 pro Mount pro OEM, wärend Narrowbodies scho op 60 pro Mount pro OEM geklommen sinn.Airbus schafft speziell mat Liwweranten fir traditionell awer Zäitintensiv Hand-Layup Prepreg Deeler op der A320 op Deeler ze wiesselen, déi iwwer méi séier, 20-Minute Zykluszäitprozesser wéi Héichdrockharz-Transferformung (HP-RTM) gemaach ginn, also hëlleft Deel Fournisseuren treffen eng weider Push Richtung 100 Fligeren pro Mount.Mëttlerweil prognostizéiert den opkomende urbanen Loftmobilitéit an Transportmaart e Bedierfnes fir 3,000 elektresch vertikal Start- a Landung (EVTOL) Fligere pro Joer (250 pro Mount).
"D'Industrie erfuerdert automatiséiert Produktiounstechnologien mat verkierzte Zykluszäiten, déi och d'Integratioun vu Funktiounen erlaben, déi vun thermoplastesche Kompositen ugebuede ginn", seet den Daniel Barfuss, Matgrënner a Managing Partner vun Herone (Dresden, Däitschland), eng Komposittechnologie an Deelerfabrikatioun Firma déi héich performant thermoplastesch Matrixmaterial vu Polyphenylensulfid (PPS) bis Polyetheretherketon (PEEK), Polyetherketonketon (PEKK) a Polyaryletherketon (PAEK) benotzt."Eist Haaptziel ass d'Héichleistung vun thermoplastesche Kompositen (TPCs) mat méi niddrege Käschten ze kombinéieren, fir personaliséiert Deeler fir eng méi grouss Varietéit vu Serien Fabrikatiounsapplikatiounen an nei Uwendungen z'erméiglechen", füügt den Dr Christian Garthaus, dem Herone säin zweete Matgrënner a Verwalte Partner.
Fir dëst z'erreechen, huet d'Firma eng nei Approche entwéckelt, ugefaange mat voll imprägnéierten, kontinuéierleche Faserbänner, dës Bänner ze fléien fir eng huel Virform "OrganoTube" ze bilden an d'OrganoTubes a Profiler mat variabelen Querschnitt a Formen ze konsolidéieren.An engem spéideren Prozess Schrëtt benotzt et d'Schweißbarkeet an d'Thermoformbarkeet vun TPCs fir funktionell Elementer wéi Komposit Gears op Driveshafts ze integréieren, Endfittings op Päifen, oder Laaschttransfer Elementer a Spannungskompressiounsstreifen.De Barfuss füügt bäi datt et d'Optioun ass fir en Hybridformprozess ze benotzen - entwéckelt vum Ketone Matrix Fournisseur Victrex (Cleveleys, Lancashire, UK) an Deeler Fournisseur Tri-Mack (Bristol, RI, US) - déi manner Schmelztemperatur PAEK Band fir d'Profiler benotzt a PEEK fir d'Overmolding, wat e verschmolzene, eenzegt Material iwwer d'Verbindung erméiglecht (kuckt "Overmolding erweidert d'PEEK Gamme vu Kompositen")."Eis Adaptatioun erméiglecht och geometresch Formverschloss," füügt hien derbäi, "wat integréiert Strukturen produzéiert déi nach méi héich Laaschten widderstoen kënnen."
Den Herone-Prozess fänkt mat voll imprägnéierten Kuelestofffaser-verstäerkte thermoplastesche Bänner un, déi an OrganoTubes geflecht a konsolidéiert sinn."Mir hunn ugefaang mat dësen OrganoTubes virun 10 Joer ze schaffen, komposit hydraulesch Päifen fir Loftfaart z'entwéckelen", seet Garthaus.Hien erkläert datt well keng zwee Fligerhydraulikleitungen déiselwecht Geometrie hunn, e Schimmel fir all eenzel gebraucht gëtt, mat existéierend Technologie."Mir hunn e Päif gebraucht, dee konnt postveraarbecht ginn fir déi individuell Päifgeometrie z'erreechen.Also, d'Iddi war kontinuéierlech Kompositprofile ze maachen an dann CNC dës an déi gewënscht Geometrien ze béien.
Fig.
Dëst kléngt ähnlech wéi d'Sigma Precision Components (Hinckley, UK) mécht (kuckt "Redressing Aeromotors with composite pipes") mat senger Kuelestofffaser / PEEK Motor Dressing."Si kucken ähnlech Deeler awer benotzen eng aner Konsolidéierungsmethod", erkläert de Garthaus."Mat eiser Approche gesi mir Potenzial fir erhéicht Leeschtung, sou wéi manner wéi 2% Porositéit fir Raumfaartstrukturen."
Garthaus' Ph.D.Dissertatioun op der ILK exploréiert mat enger kontinuéierlecher thermoplastescher Komposit (TPC) Pultrusioun fir geflechte Réier ze produzéieren, wat zu engem patentéierte kontinuéierleche Fabrikatiounsprozess fir TPC Réier a Profiler gefouert huet.Wéi och ëmmer, fir de Moment huet den Herone gewielt fir mat Loftfaart Fournisseuren a Clienten ze schaffen mat engem diskontinuéierleche Formprozess."Dëst gëtt eis d'Fräiheet fir all déi verschidde Formen ze maachen, inklusiv kromme Profiler an déi mat ënnerschiddleche Querschnitt, wéi och lokal Flecken an Ply Drop-Offs applizéieren", erkläert hien."Mir schaffen fir de Prozess ze automatiséieren fir lokal Patches z'integréieren an se dann mat dem Kompositprofil ze konsolidéieren.Prinzipiell alles wat Dir maache kënnt mat flaache Laminaten a Muschelen, kënne mir fir Réier a Profiler maachen.
Dës TPC huel Profiler maachen war eigentlech eng vun den haardsten Erausfuerderungen, seet Garthaus."Dir kënnt net Stempelformen oder Schlagformen mat enger Silikonblase benotzen;also, mir hu missen en neie Prozess entwéckelen.Awer dëse Prozess erméiglecht ganz héich performant a personaliséiert Röhre a Schaft-baséiert Deeler, bemierkt hien.Et huet och erlaabt d'Hybridformung ze benotzen déi Victrex entwéckelt huet, wou méi niddereg Schmelztemperatur PAEK mat PEEK iwwermolt ass, d'Organosheet an d'Injektiounsformen an engem eenzege Schrëtt konsolidéiert.
En anere bemierkenswäerten Aspekt vun der Benotzung vun OrganoTube geflechte Bandpreformen ass datt se ganz wéineg Offall produzéieren."Mat Flechte hu mir manner wéi 2% Offall, a well et TPC-Band ass, kënne mir dës kleng Quantitéit Offall zréck an d'Overmolding benotzen fir d'Materialverbrauchsquote bis zu 100% ze kréien", betount Garthaus.
De Barfuss an de Garthaus hunn hir Entwécklungsaarbecht als Fuerscher am Institut fir Lightweight Engineering and Polymer Technology (ILK) op der TU Dresden ugefaang."Dëst ass ee vun de gréissten europäeschen Instituter fir Kompositen an Hybrid Liichtgewiicht Designen", bemierkt Barfuss.Hien a Garthaus hunn do bal 10 Joer un enger Rei vun Entwécklungen geschafft, dorënner kontinuéierlech TPC-Pultrusioun a verschidden Aarte vu Verbindung.Dat Wierk gouf schlussendlech distilléiert a wat elo d'Held TPC Prozess Technologie ass.
"Mir hunn dunn op den Däitsche EXIST Programm ugewannt, dee zielt fir sou Technologie un d'Industrie ze transferéieren an all Joer 40-60 Projeten an enger breeder Palette vu Fuerschungsberäicher finanzéiert", seet de Barfuss."Mir krute Finanzéierung fir Kapitalausrüstung, véier Mataarbechter an Investitioun fir den nächste Schrëtt vun der Skala-up."Si hunn den Held am Mee 2018 geformt nodeems se op JEC World ausgestallt hunn.
Vun JEC World 2019, Herone hat eng Rei vun Demonstratioun Deeler produzéiert, dorënner e liichte, héich-Dréimoment, integréiert Gear driveshaft, oder gearshaft."Mir benotzen eng Kuelestofffaser / PAEK Band OrganoTube geflecht an de Winkelen, déi vum Deel erfuerderlech sinn a konsolidéieren dat an e Rouer", erkläert de Barfuss."Mir hëtzen dann d'Röhre bei 200 ° C vir an iwwerformen et mat engem Ausrüstung gemaach andeems Dir kuerz Kuelestofffaser verstäerkt PEEK bei 380 ° C injizéiert."D'Overmolding gouf mat Moldflow Insight vun Autodesk (San Rafael, Kalifornien, US) modelléiert.Ofdréck Füllzäit gouf op 40,5 Sekonnen optimiséiert an erreecht mat enger Arburg (Lossburg, Däitschland) ALLROUNDER Sprëtzmaschinn.
Dës Overmolding reduzéiert net nëmmen d'Versammlungskäschte, d'Fabrikatiounsschrëtt a d'Logistik, awer et verbessert och d'Performance.Den Ënnerscheed vu 40 ° C tëscht der Schmelztemperatur vum PAEK Schaft an deem vum iwwermolde PEEK Gang erméiglecht eng kohäsiv Schmelzverbindung tëscht deenen zwee um molekulare Niveau.Eng zweet Aart vu Verbindungsmechanismus, Form-Locking, gëtt erreecht andeems d'Injektiounsdrock benotzt gëtt fir d'Schaft gläichzäiteg während der Overmolding thermoforméieren fir eng Form-Locking Contour ze kreéieren.Dëst kann an der Fig.. 1 ënnert als "Injektiounsbildung" gesi ginn.Et entsteet e gewellte oder sinusförmlechen Ëmfang, wou d'Gitt mat engem glaten kreesfërmege Querschnitt verbonnen ass, wat zu enger geometresch gespaarten Form resultéiert.Dëst verbessert weider d'Kraaft vun der integréiert gearshaft, wéi am Test bewisen (kuckt Grafik ënnen riets).Fig.1. Entwéckelt an Zesummenaarbecht mat Victrex an ILK, Herone benotzt Sprëtz Drock während overmolding eng Form-Spär Kontur an der integréiert gearshaft ze schafen (uewen).Dëse Sprëtz-Formatioun Prozess erlaabt der integréiert gearshaft mat Form Sperrung (gréng Kurve op Graf) zu erhalen e méi héicht Dréimoment vs.
"Vill Leit erreechen eng kohäsiv Schmelzverbindung wärend der Iwwermolding," seet de Garthaus, "an anerer benotze Formverschloss a Kompositen, awer de Schlëssel ass béid an een eenzegen automatiséierte Prozess ze kombinéieren."Hien erkläert datt fir d'Testresultater an der Fig.Déi éischt Echec op der Grafik ass vun engem Krees markéiert fir unzeginn et ass fir en overmolded PEEK Gang ouni Form-Spär.Den zweeten Ausfall ass markéiert vun engem gekraffte Krees deen e Stär ähnelt, wat d'Tester vun engem iwwermolde Gang mat Formverschloss beweist."An dësem Fall hutt Dir souwuel e kohäsiven a form-gespaarten Bäitrëtt," seet Garthaus, "an Dir kritt bal eng 44% Erhéijung vun der Dréimomentbelaaschtung."D'Erausfuerderung elo, seet hien, ass d'Formverschlësselung ze kréien fir d'Belaaschtung an enger fréierer Etapp opzehuelen fir den Dréimoment weider ze erhéijen, deen dës Gearswell virum Ausfall behandelt.
E wichtege Punkt iwwer d'Konturformverschlësselung, déi den Herone mat senger Injektiounsformung erreecht, ass datt et komplett op den eenzelen Deel ugepasst ass an d'Belaaschtung deen Deel muss ausstoen.Zum Beispill, am Gearswelle ass d'Formverschlossung ëmkreesend, awer an de Spannungskompressiounsstreifen ënnen ass et axial."Dëst firwat wat mir entwéckelt hunn ass eng méi breet Approche", seet de Garthaus."Wéi mir Funktiounen an Deeler integréieren hänkt vun der individueller Applikatioun of, awer wat mir méi kënne maachen, wat méi Gewiicht a Käschten kënne mir spueren."
Och de Kuerzfaser verstäerkte Keton, deen an iwwermolde funktionnelle Elementer wéi Gears benotzt gëtt, bitt exzellent Verschleiungsflächen.Victrex huet dëst bewisen an tatsächlech vermaart dës Tatsaach fir seng PEEK a PAEK Materialien.
De Barfuss weist drop hin, datt den integréierte Gearshaft, dee mat engem 2019 JEC World Innovation Award an der Raumfaartkategorie unerkannt gouf, eng "Demonstratioun vun eiser Approche ass, net nëmmen e Prozess deen op eng eenzeg Applikatioun fokusséiert ass.Mir wollten entdecken wéi vill mir d'Fabrikatioun rationaliséieren an d'Eegeschafte vun TPCs ausnotzen fir funktionaliséiert, integréiert Strukturen ze produzéieren.D'Firma optiméiert de Moment Spannungskompressiounsstäben, déi an Uwendungen wéi Struts benotzt ginn.
Fig.. 3 Spannungskompressioun StrutsInjektiounsformung gëtt op Struts erweidert, wou Herone e Metalllasttransferelement an d'Deelstruktur iwwerdréit mat axialer Formverspärung fir d'Verbindungsstäerkt ze erhéijen.
D'funktionell Element fir d'Spannung-Kompressioun Struts ass e metalleschen Interface Deel datt d'Laascht op a vun der Metal Gabel an de Komposit Rouer Transfert (kuckt Illustratioun ënnert).Injektiounsformung gëtt benotzt fir de metallesche Lastaféierungselement an de Composite Strutkierper z'integréieren.
"Den Haaptvirdeel, dee mir ginn, ass d'Zuel vun den Deeler ze reduzéieren," bemierkt hien."Dëst vereinfacht d'Müdegkeet, wat eng grouss Erausfuerderung fir Fligerstéckapplikatiounen ass.Form-Locking gëtt schonn an thermoset Kompositen mat engem Plastik oder Metall Insert benotzt, awer et gëtt keng kohäsiv Bindung, sou datt Dir eng liicht Bewegung tëscht den Deeler kritt.Eis Approche bitt awer eng vereenegt Struktur ouni sou Bewegung.
Garthaus zitéiert Schued Toleranz als eng aner Erausfuerderung fir dës Deeler."Dir musst d'Struts beaflossen an dann Müdegkeetstest maachen," erkläert hien."Well mir High-Performance thermoplastesch Matrixmaterialien benotzen, kënne mir sou vill wéi 40% méi héich Schuedstoleranz versus Thermosets erreechen, an och all Mikrorëss aus Impakt wuessen manner mat Ermüdungsbelaaschtung."
Och wann Demonstratiounsstreifen e Metal Insert weisen, entwéckelt den Herone de Moment eng all-thermoplastesch Léisung, déi eng kohäsiv Bindung tëscht dem Composite Strut Kierper an dem Lastaféierungselement erméiglecht."Wann mir kënnen, léiwer mir all-Composite ze bleiwen an Eegeschafte vun der Aart vun Faser Verstäerkung änneren, dorënner Kuelestoff, Glas, kontinuéierlech a kuerz Faser," seet Garthaus."Op dës Manéier miniméiere mir Komplexitéit an Interfaceprobleemer.Zum Beispill hu mir vill manner Probleemer am Verglach mat der Kombinatioun vun Thermoseten an Thermoplastik.Zousätzlech ass d'Bindung tëscht PAEK a PEEK vun Tri-Mack getest ginn mat Resultater déi weisen datt et 85% vun der Kraaft vun engem Basis unidirektional CF / PAEK Laminat huet an duebel sou staark ass wéi Klebstoffbindungen mat Industriestandard Epoxyfilmklebstoff.
De Barfuss seet datt den Herone elo néng Mataarbechter huet a sech vun engem Zouliwwerer vun der Technologieentwécklung op e Fournisseur vu Loftfaartdeeler iwwerdréit.Säin nächste grousse Schrëtt ass d'Entwécklung vun enger neier Fabréck zu Dresden."Bis Enn 2020 wäerte mir eng Pilotanlag hunn déi éischt Serie Deeler produzéiert," seet hien."Mir schaffen scho mat Loftfaart OEMs a Schlëssel Tier 1 Fournisseuren, demonstréieren Designs fir vill verschidden Aarte vun Uwendungen."
D'Firma schafft och mat eVTOL Fournisseuren an enger Vielfalt vu Kollaborateuren an den USA."Eis Technologie kann eng breet Palette vu komplexe Deeler mat Leeschtung, Zykluszäit a Käschte Virdeeler produzéieren", seet Garthaus."Eis Zykluszäit mat PEEK ass 20 Minutten, versus 240 Minutten mat Autoklav-geheelt Prepreg.Mir gesinn e breet Feld vu Méiglechkeeten, awer fir de Moment ass eise Fokus op eis éischt Uwendungen an d'Produktioun ze kréien an de Wäert vun esou Deeler um Maart ze demonstréieren.
Herone wäert och bei Carbon Fiber presentéieren 2019. Léiert méi iwwer d'Evenement op carbonfiberevent.com.
Fokusséiert op d'Optimisatioun vun traditionelle Handlayup, Nacelle- a Schub-Reverser Hiersteller werfen en Aen op zukünfteg Notzung vun der Automatioun a geschlossene Formen.
Fliger Waffen System gewënnt déi héich Leeschtung vun Kuelestoff / Epoxy mat der Effizienz vun Kompressioun molding.
Methoden fir d'Berechnung vun den Impakt Kompositen hunn op d'Ëmwelt erlaben daten-ugedriwwen Vergläicher mat traditionell Materialien op engem Niveau Spillfeld.
Post Zäit: Aug-19-2019