Ngagabungkeun pita braided, overmolding jeung formulir-Ngonci, Herone ngahasilkeun hiji-sapotong,-torsi tinggi gear-driveshaft salaku demonstrator pikeun rentang lega aplikasi.
Unitized komposit gear-driveshaft.Herone ngagunakeun kasét prepreg komposit termoplastik braided salaku preforms pikeun prosés nu consolidates driveshaft laminate sarta overmolds elemen fungsional kayaning gears, ngahasilkeun struktur unitized nu ngurangan beurat, count bagian, waktu assembly jeung ongkos.Sumber pikeun sakabéh gambar |pahlawan
Proyék ayeuna nyebatkeun duka kali tina armada pesawat komersial salami 20 taun ka hareup.Pikeun nampung ieu, tingkat produksi di 2019 pikeun jetliners widebody-intensif komposit rupa-rupa ti 10 nepi ka 14 per bulan per OEM, sedengkeun sempit geus ramped ka 60 per bulan per OEM.Airbus sacara khusus damel sareng supplier pikeun ngalihkeun bagian-bagian prepreg tradisional tapi intensif waktos, leungeun layup prepreg dina A320 ka bagian-bagian anu dilakukeun ngaliwatan prosés waktos siklus 20-menit anu langkung gancang sapertos cetakan transfer résin tekanan tinggi (HP-RTM), sahingga ngabantosan bagian. suppliers minuhan push salajengna nuju 100 pesawat per bulan.Samentawis éta, mobilitas hawa sareng pasar angkutan kota anu munculna ngaramalkeun peryogi 3,000 pesawat takeoff sareng badarat vertikal listrik (EVTOL) per taun (250 per bulan).
"Industri ngabutuhkeun téknologi produksi otomatis sareng waktos siklus anu disingget anu ogé ngamungkinkeun pikeun ngahijikeun fungsi, anu ditawarkeun ku komposit termoplastik," saur Daniel Barfuss, ko-pangadeg sareng mitra menata herone (Dresden, Jerman), téknologi komposit sareng manufaktur bagian. firma anu ngagunakeun bahan matriks termoplastik berkinerja tinggi ti polyphenylenesulfide (PPS) ka polyetheretherketone (PEEK), polyetherketoneketone (PEKK) jeung polyaryletherketone (PAEK)."Tujuan utama kami nyaéta pikeun ngagabungkeun kinerja luhur komposit termoplastik (TPCs) kalayan biaya anu langkung handap, pikeun ngaktifkeun bagian anu disesuaikan pikeun rupa-rupa aplikasi manufaktur serial sareng aplikasi anyar," tambah Dr. Christian Garthaus, pangadeg kadua sareng pangatur herone pasangan.
Pikeun ngahontal ieu, parusahaan geus ngembangkeun hiji pendekatan anyar, dimimitian ku pinuh impregnated, pita serat kontinyu, braiding kaset ieu pikeun ngabentuk preform "organoTube" kerung jeung consolidating organoTubes kana propil kalawan variabel cross-bagian jeung wangun.Dina léngkah prosés anu salajengna, éta ngagunakeun weldability sareng thermoformability tina TPCs pikeun ngahijikeun elemen fungsional sapertos gear komposit kana driveshafts, tungtung-fittings kana pipa, atanapi elemen mindahkeun beban kana struts tegangan-komprési.Barfuss nambihan yén aya pilihan pikeun ngagunakeun prosés cetakan hibrida - dikembangkeun ku supplier matriks keton Victrex (Cleveleys, Lancashire, Inggris) sareng supplier suku cadang Tri-Mack (Bristol, RI, AS) - anu ngagunakeun pita PAEK suhu lebur handap pikeun profil. sareng PEEK pikeun overmolding, ngamungkinkeun bahan tunggal anu ngahiji dina gabungan (tingali "Overmolding ngalegaan jangkauan PEEK dina komposit")."Adaptasi kami ogé ngamungkinkeun ngonci bentuk geometri," anjeunna nambihan, "anu ngahasilkeun struktur terpadu anu tiasa nahan beban anu langkung ageung."
Prosés herone dimimitian ku kasét termoplastik anu diperkuat serat karbon anu pinuh diresapi anu dijalin kana organoTubes sareng dihijikeun."Kami ngamimitian damel sareng organoTubes ieu 10 taun ka pengker, ngembangkeun pipa hidrolik komposit pikeun penerbangan," saur Garthaus.Anjeunna ngécéskeun yén kusabab euweuh dua pipa hidrolik pesawat boga géométri sarua, kapang bakal diperlukeun pikeun tiap hiji, ngagunakeun téhnologi aya."Kami peryogi pipa anu tiasa diolah saatosna pikeun ngahontal géométri pipa individu.Janten, ideu nyaéta ngadamel profil komposit kontinyu teras CNC ngabengkokkeun ieu kana géométri anu dipikahoyong.
Gbr. 2 Pita prepreg braided nyadiakeun preforms net-bentuk disebut organoTubes pikeun prosés suntik-ngabentuk herone sarta ngaktipkeun produksi rupa-rupa wangun.
Ieu disada sami sareng naon anu dilakukeun ku komponén Sigma Precision (Hinckley, Inggris) (tingali "Redressing aeroengines sareng pipa komposit") kalayan ganti baju mesin serat karbon / PEEK."Aranjeunna ningali bagian anu sami tapi nganggo metode konsolidasi anu béda," jelas Garthaus."Kalayan pendekatan kami, kami ningali poténsi pikeun ningkat prestasi, sapertos kirang ti 2% porositas pikeun struktur aerospace."
Garthaus 'Ph.D.karya skripsi di ILK digali ngagunakeun komposit thermoplastic kontinyu (TPC) pultrusion pikeun ngahasilkeun tabung braided, nu nyababkeun prosés manufaktur kontinyu dipaténkeun pikeun tabung TPC na propil.Nanging, pikeun ayeuna, Herone parantos milih damel sareng panyadia penerbangan sareng para nasabah nganggo prosés cetakan anu teu aya."Ieu masihan kami kabébasan pikeun ngadamel sagala rupa bentuk, kalebet profil melengkung sareng anu gaduh bagian-bagian anu béda-béda, ogé nerapkeun patches lokal sareng leupaskeun-off," anjeunna ngajelaskeun."Kami damel pikeun ngajadikeun otomatis prosés pikeun ngahijikeun patch lokal teras ngahijikeunana sareng profil komposit.Dasarna, sadayana anu anjeun tiasa laksanakeun sareng laminates datar sareng cangkang, urang tiasa laksanakeun pikeun tabung sareng profil.
Nyieun propil TPC kerung ieu sabenerna salah sahiji tantangan hardest, nyebutkeun Garthaus."Anjeun teu bisa make cap-ngabentuk atawa niup-molding ku kandung kemih silicone;janten, urang kedah ngembangkeun prosés anyar.Tapi prosés ieu ngamungkinkeun pisan tinggi-kinerja tur talorable tube sarta bagian dumasar-aci, anjeunna catetan.Ogé diaktipkeun ngagunakeun molding hibrid nu Victrex dimekarkeun, dimana suhu lebur handap PAEK overmolded kalawan PEEK, consolidating organosheet na suntik molding dina hambalan tunggal.
Aspék kasohor séjén tina ngagunakeun organoTube braided tape preforms nyaeta aranjeunna ngahasilkeun saeutik pisan runtah."Kalayan braiding, urang boga kirang ti 2% runtah, sarta alatan éta tape TPC, urang tiasa nganggo jumlah leutik runtah ieu deui dina overmolding pikeun meunangkeun laju utilization bahan nepi ka 100%," Garthaus nekenkeun.
Barfuss sareng Garthaus mimiti damel pangwangunan salaku panalungtik di Institute of Lightweight Engineering and Polymer Technology (ILK) di TU Dresden."Ieu mangrupikeun salah sahiji lembaga Éropa panggedéna pikeun komposit sareng desain ringan hibrida," tatan Barfuss.Anjeunna jeung Garthaus digawé aya pikeun ampir 10 taun dina sababaraha kamajuan, kaasup pultrusion TPC kontinyu sarta tipena béda gabung.Karya éta ahirna disuling kana naon anu ayeuna nyaéta téknologi prosés TPC pahlawan.
"Kami teras nerapkeun program EXIST Jerman, anu ditujukeun pikeun nransferkeun téknologi sapertos kitu ka industri sareng ngabiayaan 40-60 proyék unggal taun dina sababaraha widang panalungtikan," saur Barfuss."Kami nampi dana pikeun alat-alat modal, opat karyawan sareng investasi pikeun léngkah skala-up salajengna."Aranjeunna ngawangun pahlawan dina Méi 2018 saatos paméran di JEC World.
Ku JEC World 2019, herone parantos ngahasilkeun sajumlah bagian demonstrasi, kalebet énténg, torsi tinggi, driveshaft gear terpadu, atanapi gearshaft."Kami nganggo serat karbon / pita PAEK organoTube dikepang dina sudut anu diperyogikeun ku bagian sareng ngahijikeun éta kana tabung," terang Barfuss."Urang lajeng preheat tabung dina 200 ° C sarta overmold eta ku gear dijieun ku injecting pondok serat karbon-ditulang PEEK dina 380 ° C."Overmolding ieu dimodelkeun ngagunakeun Moldflow Insight ti Autodesk (San Rafael, California, AS).Waktu ngeusian kapang dioptimalkeun pikeun 40,5 detik sareng dihontal nganggo mesin cetak suntik ALLROUNDER Arburg (Lossburg, Jérman).
Overmolding ieu henteu ngan ukur ngirangan biaya perakitan, léngkah manufaktur sareng logistik, tapi ogé ningkatkeun kinerja.Beda 40 ° C antara suhu lebur aci PAEK sareng gear PEEK overmolded ngamungkinkeun beungkeutan lebur anu kohesif antara dua dina tingkat molekular.Jenis kadua mékanisme gabung, formulir-Ngonci, kahontal ku ngagunakeun tekanan suntik sakaligus thermoform aci salila overmolding nyieun kontur formulir-Ngonci.Ieu bisa ditempo dina Gbr. 1 handap salaku "suntik-ngabentuk".Ieu nyiptakeun kuriling corrugated atanapi sinusoida dimana gear ieu ngagabung versus cross-section sirkular lemes, nu ngakibatkeun formulir ngonci geometrically.Ieu salajengna ningkatkeun kakuatan tina gearshaft terpadu, sakumaha nunjukkeun dina nguji (tingali grafik di katuhu handap).Gbr.1. Dimekarkeun dina kolaborasi jeung Victrex na ILK, heroone ngagunakeun tekanan suntik salila overmolding nyieun kontur formulir-Ngonci dina gearshaft terpadu (luhur) .Prosés suntik-ngabentuk ieu ngamungkinkeun gearshaft terpadu kalayan formulir Ngonci (kurva héjo dina grafik) ngadukung torsi anu langkung luhur vs. gear-driveshaft overmolded tanpa ngonci bentuk (kurva hideung dina grafik).
"Seueur jalma anu ngahontal beungkeutan ngalembereh anu kohesif nalika overmolding," saur Garthaus, "sareng anu sanésna nganggo bentuk-konci dina komposit, tapi koncina nyaéta ngagabungkeun duanana kana prosés otomatis tunggal."Anjeunna ngécéskeun yén pikeun hasil tés dina Gbr. 1, duanana aci jeung kuriling pinuh gear anu clamped misah, lajeng diputer pikeun ngainduksi beban geser.Gagal munggaran dina grafik ditandaan ku bunderan pikeun nunjukkeun yén éta pikeun gear PEEK overmolded tanpa ngonci bentuk.Kagagalan kadua ditandaan ku bunderan crimped nyarupaan béntang, nunjukkeun nguji hiji gear overmolded kalawan formulir-konci."Dina hal ieu, anjeun gaduh gabungan anu kohesif sareng dikonci," saur Garthaus, "sareng anjeun nampi ampir 44% kanaékan beban torsi."Tangtanganna ayeuna, saur anjeunna, nyaéta pikeun ngonci formulir pikeun nyandak beban dina tahap awal pikeun ningkatkeun torsi anu bakal dilaksanakeun ku gearshaft ieu sateuacan gagal.
Hiji titik penting ngeunaan kontur formulir-konci nu heroon ngahontal kalawan suntik-ngabentuk nya éta sagemblengna tailored kana bagian individu jeung loading bagian nu kudu tahan.Contona, dina gearshaft nu bentuk-konci téh circumferential, tapi dina tegangan-komprési struts handap, éta axial."Ieu sababna anu kami parantos dikembangkeun nyaéta pendekatan anu langkung lega," saur Garthaus."Kumaha urang ngahijikeun fungsi sareng bagian gumantung kana aplikasi individu, tapi langkung seueur urang tiasa ngalakukeun ieu, langkung beurat sareng biaya anu tiasa urang simpen."
Ogé, keton bertulang serat pondok anu dianggo dina elemen fungsional anu overmolded sapertos gear nyayogikeun permukaan ngagem anu saé.Victrex parantos ngabuktikeun ieu sareng kanyataanna, pasar kanyataan ieu pikeun bahan PEEK sareng PAEK na.
Barfuss nunjukkeun yén gearshaft terpadu, anu diakuan ku JEC World Innovation Award 2019 dina kategori aerospace, mangrupikeun "demonstrasi pendekatan kami, sanés ngan ukur prosés anu difokuskeun kana aplikasi tunggal.Kami hoyong ngajalajah sabaraha urang tiasa nyéépkeun manufaktur sareng ngamangpaatkeun sipat TPC pikeun ngahasilkeun struktur anu difungsikeun, terpadu.Pausahaan ayeuna ngaoptimalkeun rod tegangan-komprési, dipaké dina aplikasi kawas struts.
Gbr. 3 Tegangan-komprési strutsInjection-ngabentuk diperpanjang ka struts, dimana Herone overmolds unsur mindahkeun beban logam kana struktur bagian ngagunakeun axial formulir-Ngonci pikeun ngaronjatkeun kakuatan gabung.
Unsur fungsional pikeun struts tegangan-komprési nyaéta bagian panganteur logam anu mindahkeun beban ka sareng ti garpu logam kana tabung komposit (tingali ilustrasi di handap).Injeksi-ngabentuk dipaké pikeun ngahijikeun unsur bubuka beban logam kana awak strut komposit.
"Kauntungan utama anu urang pasihan nyaéta ngirangan jumlah bagian," saur anjeunna."Ieu simplifies kacapean, nu mangrupakeun tantangan badag pikeun aplikasi strut pesawat.Formulir-locking parantos dianggo dina komposit térmosét kalayan sisipan plastik atanapi logam, tapi henteu aya beungkeutan anu kohesif, ku kituna anjeun tiasa kéngingkeun gerakan sakedik antara bagian-bagian éta.Pendekatan kami, kumaha oge, nyayogikeun struktur united tanpa gerakan sapertos kitu.
Garthaus nyarioskeun kasabaran karusakan salaku tantangan sanés pikeun bagian-bagian ieu."Anjeun kedah mangaruhan struts teras ngalakukeun tés kacapean," anjeunna ngajelaskeun."Kusabab kami nganggo bahan matriks termoplastik berkinerja tinggi, urang tiasa ngahontal saloba 40% kasabaran karusakan anu langkung luhur tibatan térmosét, sareng ogé mikrocracks tina dampak anu langkung ageung kalayan beban kacapean."
Sanajan struts démo nunjukkeun sisipan logam, Herone ayeuna nuju ngembangkeun solusi sadaya-thermoplastic, ngamungkinkeun beungkeutan cohesive antara awak strut komposit jeung unsur bubuka beban."Nalika urang tiasa, urang resep tetep sadayana-komposit sareng nyaluyukeun sipat ku cara ngarobih jinis tulangan serat, kalebet karbon, kaca, serat kontinyu sareng pondok," saur Garthaus."Ku cara kieu, urang ngaminimalkeun pajeulitna sareng masalah antarmuka.Salaku conto, urang gaduh langkung seueur masalah dibandingkeun sareng ngagabungkeun térmosét sareng termoplastik.Salaku tambahan, beungkeut antara PAEK sareng PEEK parantos diuji ku Tri-Mack kalayan hasil anu nunjukkeun yén éta gaduh 85% kakuatan laminate CF / PAEK unidirectional dasar sareng dua kali langkung kuat tibatan beungkeut napel nganggo napel pilem epoksi standar industri.
Barfuss nyebutkeun Herone ayeuna boga salapan pagawé sarta transitioning ti supplier pamekaran téhnologi ka supplier bagian aviation.Léngkah gedé salajengna nyaéta pangwangunan pabrik anyar di Dresden."Nepi ka tungtun taun 2020 urang bakal boga pabrik pilot ngahasilkeun bagian séri munggaran," nyebutkeun anjeunna."Kami parantos damel sareng OEM penerbangan sareng supplier Tier 1 konci, nunjukkeun desain pikeun sababaraha jinis aplikasi."
Pausahaan ieu ogé gawé bareng suppliers eVTOL sarta rupa-rupa collaborators di AS Salaku herone matures aplikasi aviation, éta ogé gaining pangalaman manufaktur jeung aplikasi barang olahraga kaasup kalong sareng komponenana sapedah."Téknologi kami bisa ngahasilkeun rupa-rupa bagian kompléks kalawan kinerja, waktos siklus jeung kauntungan ongkos," nyebutkeun Garthaus."Waktu siklus kami nganggo PEEK nyaéta 20 menit, dibandingkeun 240 menit nganggo prepreg anu diubaran autoclave.Kami ningali kasempetan anu lega, tapi pikeun ayeuna, fokus kami nyaéta pikeun kéngingkeun aplikasi munggaran urang kana produksi sareng nunjukkeun nilai bagian-bagian sapertos ka pasar.
Herone ogé bakal nampilkeun di Carbon Fiber 2019. Diajar langkung seueur ngeunaan acara di carbonfiberevent.com.
Fokus kana ngaoptimalkeun layup leungeun tradisional, nacelle na dorong reverser pabrik tuang hiji panon on pamakéan hareup automation na molding katutup.
Sistim pakarang pesawat gains kinerja luhur karbon / epoxy kalawan efisiensi komprési molding.
Métode pikeun ngitung dampak komposit dina lingkungan ngaktifkeun ngabandingkeun data-disetir kana bahan tradisional dina widang maén tingkat.
waktos pos: Aug-19-2019