Með því að sameina fléttu límband, yfirmótun og formlæsingu framleiðir Herone eitt stykki gírdrifskaft með mikið tog sem sýnishorn fyrir fjölbreytt notkunarsvið.
Samsett samsett gír-drifskaft.Herone notar fléttaðar hitaþjálu samsettar prepreg bönd sem forform fyrir ferli sem styrkir lagskipt drifskaftið og yfirmótar hagnýta þætti eins og gíra og framleiðir sameinuð mannvirki sem draga úr þyngd, fjölda hluta, samsetningartíma og kostnaði.Heimild fyrir allar myndir |herona
Núverandi spár gera ráð fyrir tvöföldun flugvélaflotans á næstu 20 árum.Til að koma til móts við þetta er framleiðsluhlutfall árið 2019 fyrir breiðþotufarþegaþotuþotu sem eru krefjandi fyrir samsett efni breytileg frá 10 til 14 á mánuði á hvern OEM, en þröngir vélar hafa þegar hækkað í 60 á mánuði á hvern OEM.Airbus vinnur sérstaklega með birgjum að því að skipta hefðbundnum en tímafrekum, handlagna prepreg hlutum á A320 yfir í hluta sem eru gerðir með hraðari, 20 mínútna lotutímaferlum eins og háþrýsti plastefnisflutningsmótun (HP-RTM), og hjálpa þannig að hluta birgjar mæta frekari sókn í átt að 100 flugvélum á mánuði.Á sama tíma spáir vaxandi flutninga- og flutningamarkaður í þéttbýli þörf fyrir 3.000 rafknúnar lóðrétt flugtak og lendingar (EVTOL) flugvélar á ári (250 á mánuði).
„Iðnaðurinn krefst sjálfvirkrar framleiðslutækni með styttri lotutíma sem gerir einnig kleift að samþætta aðgerðir, sem eru í boði með hitaþjálu samsettum efnum,“ segir Daniel Barfuss, meðstofnandi og framkvæmdastjóri herone (Dresden, Þýskalandi), sem er samsett tækni og varahlutaframleiðsla. fyrirtæki sem notar hágæða hitaþjálu fylkisefni, allt frá pólýfenýlensúlfíði (PPS) til pólýeterketón (PEEK), pólýeterketónketón (PEKK) og pólýarýleterketón (PAEK).„Meginmarkmið okkar er að sameina mikla afköst hitaþjálu samsettra efna (TPC) með lægri kostnaði, til að gera sérsniðna íhluti kleift fyrir fjölbreyttari raðframleiðsluforrit og ný forrit,“ bætir Dr. Christian Garthaus við, annar meðstofnandi og stjórnandi Herone. félagi.
Til að ná þessu hefur fyrirtækið þróað nýja nálgun, sem byrjar á að fullu gegndreyptum, samfelldum trefjaböndum, flétta þessar bönd til að mynda holur forform „organoTube“ og sameina lífrænu rörin í snið með breytilegum þversniðum og lögun.Í síðara vinnsluþrepi notar það suðuhæfni og hitamótunarhæfni TPC til að samþætta hagnýta þætti eins og samsetta gír á drifskafta, endafestingar á rör eða álagsflutningsþætti í spennuþjöppunarstífur.Barfuss bætir við að það sé möguleiki á að nota blendingsmótunarferli - þróað af ketónfylkisbirgi Victrex (Cleveleys, Lancashire, Bretlandi) og varahlutabirgi Tri-Mack (Bristol, RI, Bandaríkjunum) - sem notar PAEK límband með lægri bræðsluhita fyrir sniðin. og PEEK fyrir yfirmótunina, sem gerir kleift að sameina eitt efni þvert yfir samskeytin (sjá „Yfirmótun stækkar úrval PEEK í samsettum efnum“).„Aðlögun okkar gerir einnig kleift að mynda rúmfræðilega formlæsingu,“ bætir hann við, „sem framleiðir samþætt mannvirki sem þola enn meira álag.
Herone ferlið byrjar með fullgegndreyptum koltrefjastyrktum hitaplastböndum sem eru fléttuð í lífræn rör og sameinuð.„Við byrjuðum að vinna með þessi lífrænu rör fyrir 10 árum síðan og þróaðum samsett vökvarör fyrir flug,“ segir Garthaus.Hann útskýrir að þar sem engar tvær vökvarör flugvéla hafa sömu rúmfræði, þyrfti mót fyrir hverja og eina, með því að nota núverandi tækni.„Okkur vantaði pípu sem hægt var að eftirvinna til að ná einstakri lögun.Svo, hugmyndin var að búa til samfellda samsetta snið og síðan CNC beygja þau í viðkomandi rúmfræði.
Mynd 2 Fléttaðar prepreg bönd gefa netlaga forform sem kallast organoTubes fyrir innspýtingarferlið Herone og gera kleift að framleiða ýmis lögun.
Þetta hljómar svipað og Sigma Precision Components (Hinckley, Bretlandi) er að gera (sjá „Aðlögun flugvéla með samsettum rörum“) með koltrefjum/PEEK vélarklæðningu.„Þeir eru að skoða svipaða hluta en nota aðra samþjöppunaraðferð,“ útskýrir Garthaus.„Með nálgun okkar sjáum við möguleika á aukinni afköstum, svo sem minna en 2% grop fyrir mannvirki í geimferðum.
Ph.D. Garthaus.ritgerðarvinna við ILK kannaði með því að nota samfellda hitaþjálu samsettu (TPC) pultrusion til að framleiða fléttaðar rör, sem leiddi til einkaleyfisbundins samfelldrar framleiðsluferlis fyrir TPC rör og snið.Hins vegar, í bili, hefur Herone valið að vinna með flugbirgjum og viðskiptavinum með ósamfelldu mótunarferli.„Þetta gefur okkur frelsi til að búa til öll hin ýmsu lögun, þar með talið bogadregið snið og þau sem eru með mismunandi þversnið, auk þess að setja staðbundna plástra og lag sem falla niður,“ útskýrir hann.„Við erum að vinna að því að gera sjálfvirkan ferlið til að samþætta staðbundna plástra og sameina þá síðan með samsettu sniðinu.Í grundvallaratriðum, allt sem þú getur gert með flötum lagskiptum og skeljum, getum við gert fyrir rör og snið.“
Að búa til þessi TPC holu snið var í raun ein erfiðasta áskorunin, segir Garthaus.„Þú getur ekki notað stimpil- eða blástursmótun með sílikonblöðru;þannig að við urðum að þróa nýtt ferli.“En þetta ferli gerir mjög afkastamiklum og sérsniðnum hlutum sem byggjast á rör og skafti, segir hann.Það gerði einnig kleift að nota blendingsmótið sem Victrex þróaði, þar sem PAEK er ofmótað með lægra bræðsluhitastigi með PEEK, sem styrkir lífræna plötuna og sprautumótun í einu skrefi.
Annar athyglisverður þáttur þess að nota organoTube fléttu borði forform er að þau framleiða mjög lítið úrgang.„Með fléttu höfum við minna en 2% úrgang og vegna þess að þetta er TPC límband getum við notað þetta litla magn af úrgangi aftur í yfirmótunina til að ná efnisnýtingu upp í 100%,“ leggur Garthaus áherslu á.
Barfuss og Garthaus hófu þróunarvinnu sína sem vísindamenn við Institute of Lightweight Engineering and Polymer Technology (ILK) við TU Dresden.„Þetta er ein stærsta evrópska stofnunin fyrir samsett efni og blandað léttar hönnun,“ segir Barfuss.Hann og Garthaus unnu þar í næstum 10 ár við ýmsa þróun, þar á meðal samfellda TPC pultrusion og mismunandi gerðir af samskeyti.Sú vinna var að lokum eimuð í það sem nú er herne TPC vinnslutækni.
„Við sóttum síðan um í þýska EXIST áætlunina sem miðar að því að yfirfæra slíka tækni til iðnaðarins og fjármagna 40-60 verkefni á hverju ári á fjölmörgum rannsóknarsviðum,“ segir Barfuss.„Við fengum fjármögnun fyrir fjármagnsbúnað, fjóra starfsmenn og fjárfestingu fyrir næsta skref í uppbyggingu.Þeir mynduðu herone í maí 2018 eftir að hafa sýnt á JEC World.
Með JEC World 2019, hafði Herone framleitt úrval af sýnihlutahlutum, þar á meðal léttan, mikið tog, innbyggðan gírdrifskaft eða gírskaft.„Við notum koltrefja/PAEK borði organoTube fléttað í þeim hornum sem hluturinn krefst og sameina það í rör,“ útskýrir Barfuss.„Við forhitum síðan rörið við 200°C og yfirmótum það með gír sem er búinn til með því að sprauta stuttum koltrefjastyrktum PEEK við 380°C.Yfirmótunin var gerð með Moldflow Insight frá Autodesk (San Rafael, Kaliforníu, Bandaríkjunum).Mótfyllingartími var fínstilltur í 40,5 sekúndur og náðist með Arburg (Lossburg, Þýskalandi) ALLROUNDER sprautumótunarvél.
Þessi yfirmótun dregur ekki aðeins úr samsetningarkostnaði, framleiðsluskrefum og flutningum heldur eykur hún einnig afköst.Mismunurinn upp á 40°C á milli bræðsluhita PAEK skaftsins og ofmótaðs PEEK gírsins gerir kleift að sameina bræðsluna á milli þeirra tveggja á sameindastigi.Önnur gerð samtengingarbúnaðar, formlæsing, er náð með því að nota innspýtingarþrýstinginn til að hitamóta skaftið samtímis meðan á ofmótun stendur til að búa til formlæsandi útlínur.Þetta má sjá á mynd 1 hér að neðan sem „sprautumyndandi“.Það skapar bylgjulaga eða sinuslaga ummál þar sem gírinn er sameinaður á móti sléttum hringlaga þversniði, sem leiðir til rúmfræðilega læsandi forms.Þetta eykur enn frekar styrk innbyggða gírskaftsins, eins og sýnt er í prófun (sjá línurit neðst til hægri). Mynd.1. Herone, sem er þróað í samvinnu við Victrex og ILK, notar innspýtingarþrýsting við yfirmótun til að búa til formlæsandi útlínur í samþætta gírskaftinu (efst). Þetta innspýtingarferli gerir samþætta gírskaftinu með formlæsingu (græn ferill á línuriti) kleift að viðhalda hærra togi samanborið við ofmótað gír-drifskaft án formlæsingar (svartur ferill á línuriti).
„Margir eru að ná samloðandi bráðnartengingu við ofmótun,“ segir Garthaus, „og aðrir nota formlæsingu í samsettum efnum, en lykillinn er að sameina hvort tveggja í eitt sjálfvirkt ferli.Hann útskýrir að fyrir prófunarniðurstöðurnar á mynd 1 hafi bæði skaftið og allt ummál gírsins verið klemmt sérstaklega, síðan snúið til að framkalla klippuálag.Fyrsta bilunin á línuritinu er merkt með hring til að gefa til kynna að hún sé fyrir ofmótaðan PEEK gír án formlæsingar.Önnur bilunin er merkt með kröppuðum hring sem líkist stjörnu, sem gefur til kynna prófun á ofmótuðum gír með formlæsingu.„Í þessu tilfelli ertu með bæði samloðandi og formlæsta tengingu,“ segir Garthaus, „og þú færð næstum 44% aukningu á togálagi.Áskorunin núna, segir hann, sé að fá formlæsinguna til að taka upp álag á fyrri stigum til að auka enn frekar togið sem þessi gírskaft þolir fyrir bilun.
Mikilvægur punktur varðandi útlínuformlæsinguna sem Herone nær með sprautumyndun sinni er að hún er algjörlega sniðin að einstökum hlutanum og álaginu sem sá hluti verður að þola.Sem dæmi má nefna að í gírskaftinu er formlæsingin ummál en í spennuþjöppunarstífunum fyrir neðan er hún ásleg.„Þess vegna er það sem við höfum þróað víðtækari nálgun,“ segir Garthaus."Hvernig við samþættum aðgerðir og hluta fer eftir einstökum forritum, en því meira sem við getum gert þetta, því meiri þyngd og kostnaður getum við sparað."
Einnig veitir stutttrefja styrkt ketón sem notað er í ofmótuðum hagnýtum þáttum eins og gírum framúrskarandi slityfirborð.Victrex hefur sannað þetta og í raun markaðssetur þetta fyrir PEEK og PAEK efni.
Barfuss bendir á að samþætti gírskaftið, sem hlaut viðurkenningu fyrir JEC World Innovation Award 2019 í loftrýmisflokknum, sé „sönnun á nálgun okkar, ekki bara ferli sem einbeitir sér að einni umsókn.Við vildum kanna hversu mikið við gætum hagrætt framleiðslunni og nýtt eiginleika TPC til að framleiða hagnýt, samþætt mannvirki.“Fyrirtækið er nú að fínstilla spennuþjöppunarstangir sem notaðar eru í forritum eins og stífum.
Mynd 3 Spennuþjöppunarstoðir Innspýtingarmyndandi er framlengdur til stífura, þar sem herone ofurmótar álagsflutningshluta úr málmi inn í hlutabygginguna með því að nota axial form-læsingu til að auka samtengingarstyrkinn.
Virka þátturinn fyrir spennuþjöppunarstífurnar er málmviðmótshluti sem flytur álag til og frá málmgafflinum yfir í samsetta rörið (sjá mynd hér að neðan).Innspýtingarmyndandi er notað til að samþætta málmálagsinnleiðingu inn í samsettan stuðhlutann.
„Helsti ávinningurinn sem við gefum er að fækka hlutum,“ segir hann.„Þetta auðveldar þreytu, sem er mikil áskorun fyrir flugvélarstýribúnað.Formlæsing er nú þegar notuð í hitastilltu samsettu efni með plast- eða málminnleggi, en það er engin samloðandi tenging þannig að þú getur fengið smá hreyfingu á milli hluta.Nálgun okkar veitir hins vegar sameinaða uppbyggingu án slíkrar hreyfingar.“
Garthaus nefnir skaðaþol sem aðra áskorun fyrir þessa hluta.„Þú verður að hafa áhrif á stífurnar og gera síðan þreytupróf,“ útskýrir hann.„Vegna þess að við erum að nota afkastamikil hitaþjálu fylkisefni getum við náð allt að 40% hærra skaðaþoli samanborið við hitaþol, og einnig vaxa allar örsprungur frá höggi minna við þreytuhleðslu.“
Jafnvel þó að sýnishorn sýni málminnskot, er Herone nú að þróa alhliða hitauppstreymislausn sem gerir samloðandi tengingu milli samsetts stífarbolsins og hleðslueiningarinnar.„Þegar við getum, viljum við helst vera samsett og aðlaga eiginleika með því að breyta gerð trefjastyrkingar, þar á meðal kolefni, gler, samfelldar og stuttar trefjar,“ segir Garthaus.„Þannig lágmarkum við flækjustig og viðmótsvandamál.Við höfum til dæmis miklu minni vandamál miðað við að sameina hitastilla og hitaplast.“Að auki hefur tengingin milli PAEK og PEEK verið prófuð af Tri-Mack með niðurstöður sem sýna að það hefur 85% af styrkleika einstefnu CF/PAEK lagskipt og er tvöfalt sterkara en límtengi með iðnaðarstaðlaðri epoxýfilmulím.
Barfuss segir að Herone sé nú með níu starfsmenn og sé að skipta úr birgi tækniþróunar yfir í birgi flugvarahluta.Næsta stóra skref þess er þróun nýrrar verksmiðju í Dresden.„Í lok árs 2020 verðum við með tilraunaverksmiðju sem framleiðir fyrstu seríurhluta,“ segir hann.„Við erum nú þegar að vinna með OEM flugvélum og helstu birgjum í flokki 1 og sýna hönnun fyrir margar mismunandi gerðir af forritum.
Fyrirtækið vinnur einnig með eVTOL birgjum og ýmsum samstarfsaðilum í Bandaríkjunum Þegar Herone þroskast flugumsóknir, er það einnig að öðlast framleiðslureynslu með íþróttavöruforritum, þar á meðal kylfum og reiðhjólahlutum.„Tæknin okkar getur framleitt fjölbreytt úrval flókinna hluta með frammistöðu, hringrásartíma og kostnaðarávinningi,“ segir Garthaus.„Hringrásartími okkar með því að nota PEEK er 20 mínútur, á móti 240 mínútum með því að nota autoclave-herða prepreg.Við sjáum mikið svið tækifæra, en í augnablikinu er áhersla okkar á að koma okkar fyrstu forritum í framleiðslu og sýna fram á gildi slíkra hluta fyrir markaðinn.“
Herone mun einnig kynna á Carbon Fiber 2019. Lærðu meira um viðburðinn á carbonfiberevent.com.
Með áherslu á hagræðingu á hefðbundinni handuppsetningu, varpa framleiðendur gondols- og þrýstingsbakka auga á framtíðarnotkun sjálfvirkni og lokaðrar mótunar.
Vopnakerfi flugvéla öðlast mikla afköst kolefnis/epoxýs með skilvirkni þjöppunarmótunar.
Aðferðir til að reikna út hvaða áhrif samsett efni hafa á umhverfið gera gagnastýrðum samanburði við hefðbundin efni á jöfnum leikvelli.
Birtingartími: 19. ágúst 2019