Nggabungake tape braided, overmolding lan wangun-locking, herone mrodhuksi siji-Piece, dhuwur-torque gear-driveshaft minangka demonstrator kanggo sawetara sing godhongé amba saka aplikasi.
Unitized komposit gear-driveshaft.Herone nggunakake kaset prepreg komposit termoplastik sing dikepang minangka preforms kanggo proses sing nggabungake laminate driveshaft lan overmolds unsur fungsional kayata gear, ngasilake struktur unit sing nyuda bobot, count part, wektu perakitan lan biaya.Sumber kanggo kabeh gambar |heroine
Proyeksi saiki mbutuhake tikel kaping pindho saka armada pesawat komersial sajrone 20 taun sabanjure.Kanggo nampung iki, tarif produksi ing taun 2019 kanggo jetliners widebody intensif komposit beda-beda saka 10 nganti 14 saben wulan saben OEM, dene narrowbodies wis mundhak dadi 60 saben wulan saben OEM.Airbus khusus nggarap pemasok kanggo ngalih bagean prepreg tradisional nanging wektu-intensif, layup tangan ing A320 menyang bagean sing digawe liwat proses wektu siklus 20 menit sing luwih cepet kayata cetakan transfer resin tekanan tinggi (HP-RTM), saéngga mbantu bagean. supplier ketemu push luwih menyang 100 pesawat saben sasi.Kangge, pasar mobilitas udara lan transportasi kutha sing berkembang prédhiksi butuh 3,000 pesawat lepas landas lan landing vertikal listrik (EVTOL) saben taun (250 saben wulan).
"Industri mbutuhake teknologi produksi otomatis kanthi wektu siklus sing disingkat sing uga ngidini kanggo nggabungake fungsi, sing ditawakake komposit termoplastik," ujare Daniel Barfuss, pendiri lan mitra pengelola herone (Dresden, Jerman), teknologi komposit lan manufaktur komponen. perusahaan sing nggunakake bahan matriks termoplastik kinerja dhuwur saka polyphenylenesulfide (PPS) dadi polyetherketone (PEEK), polyetherketoneketone (PEKK) lan polyaryletherketone (PAEK)."Tujuan utama kita yaiku kanggo nggabungake kinerja dhuwur saka komposit termoplastik (TPC) kanthi biaya sing luwih murah, kanggo ngaktifake bagean sing disesuaikan kanggo macem-macem aplikasi manufaktur serial lan aplikasi anyar," tambah Dr. Christian Garthaus, pendiri lan manajemen herone nomer loro. mitra.
Kanggo entuk iki, perusahaan wis ngembangake pendekatan anyar, diwiwiti kanthi impregnated, tape serat terus-terusan, braiding tape iki kanggo mbentuk preform "organoTube" kothong lan consolidating organoTubes menyang profil karo macem-macem salib-bagean lan wangun.Ing langkah proses sakteruse, nggunakake weldability lan thermoformability saka TPCs kanggo nggabungake unsur fungsi kayata Gir gabungan dhateng driveshafts, mburi-fittings menyang pipo, utawa mbukak unsur transfer menyang tension-komprèsi struts.Barfuss nambahake manawa ana pilihan kanggo nggunakake proses cetakan hibrida - dikembangake dening pemasok matriks keton Victrex (Cleveleys, Lancashire, UK) lan pemasok komponen Tri-Mack (Bristol, RI, AS) - sing nggunakake tape PAEK suhu leleh sing luwih murah kanggo profil. lan PEEK kanggo overmolding, mbisakake nggabungke, materi siji tengen gabung (ndeleng "Overmolding ngembangaken sawetara PEEK ing komposit")."Adaptasi kita uga ngidini ngunci wangun geometris," dheweke nambah, "sing ngasilake struktur terintegrasi sing bisa nahan beban sing luwih dhuwur."
Proses herone diwiwiti kanthi kaset termoplastik sing diperkuat serat karbon sing diresapi kanthi lengkap sing dijalin dadi organoTubes lan digabungake."Kita miwiti nggarap organoTubes iki 10 taun kepungkur, ngembangake pipa hidrolik komposit kanggo penerbangan," ujare Garthaus.Dheweke nerangake yen amarga ora ana rong pipa hidrolik pesawat sing duwe geometri sing padha, cetakan bakal dibutuhake kanggo saben, nggunakake teknologi sing ana."Kita butuh pipa sing bisa diproses sawise entuk geometri pipa individu.Dadi, ide kasebut yaiku nggawe profil komposit sing terus-terusan banjur CNC mbengkongake menyang geometri sing dikarepake.
Fig. 2 Pita prepreg jalinan nyedhiyakake preforms wangun net disebut organoTubes kanggo proses injeksi-mbentuk herone lan mbisakake produksi saka macem-macem wujud.
Iki muni padha karo apa Sigma Precision Components (Hinckley, UK) wis dilakoni (ndeleng "Redressing aeroengines karo pipo komposit") karo serat karbon sawijining / PEEK engine klamben."Dheweke ndeleng bagean sing padha nanging nggunakake cara konsolidasi sing beda," Garthaus nerangake."Kanthi pendekatan kita, kita ndeleng potensial kanggo nambah kinerja, kayata kurang saka 2% porositas kanggo struktur aerospace."
Garthaus' Ph.D.karya skripsi ing ILK dieksplorasi nggunakake pultrusion komposit termoplastik kontinyu (TPC) kanggo ngasilake tabung jalinan, sing ngasilake proses manufaktur terus-terusan paten kanggo tabung lan profil TPC.Nanging, saiki, herone wis milih nggarap pemasok lan pelanggan penerbangan kanthi nggunakake proses cetakan sing ora terus-terusan."Iki menehi kita kebebasan kanggo nggawe kabeh macem-macem wangun, kalebu profil sudhut mlengkung lan sing karo macem-macem salib-bagean, uga nglamar patches lokal lan ply drop-offs,"Panjenenganipun nerangake."Kita kerja kanggo ngotomatisasi proses kanggo nggabungake patch lokal lan banjur nggabungake karo profil komposit.Sejatine, kabeh sing bisa sampeyan lakoni nganggo laminate lan cangkang sing rata, bisa ditindakake kanggo tabung lan profil.
Nggawe profil kothong TPC iki minangka salah sawijining tantangan sing paling angel, ujare Garthaus."Sampeyan ora bisa nggunakake stamp-forming utawa blow-molding karo kandung kemih silikon;Dadi, kita kudu ngembangake proses anyar.Nanging proses iki mbisakake dhuwur-kinerja lan talorable tabung lan bagean basis poros, kang cathetan.Uga aktif nggunakake cetakan hibrida sing dikembangake Victrex, ing ngendi suhu leleh sing luwih murah PAEK wis overmolded karo PEEK, nggabungake cetakan organosheet lan injeksi ing siji langkah.
Aspek penting liyane saka nggunakake organoTube braided tape preforms iku padha gawé sethitik sampah."Kanthi braiding, kita duwe kurang saka 2% sampah, lan amarga iku tape TPC, kita bisa nggunakake jumlah cilik sampah bali ing overmolding kanggo njaluk tingkat pemanfaatan materi nganti 100%," Garthaus nandheske.
Barfuss lan Garthaus miwiti karya pangembangan minangka peneliti ing Institut Teknik Ringan lan Teknologi Polimer (ILK) ing TU Dresden."Iki minangka salah sawijining institusi Eropa paling gedhe kanggo komposit lan desain entheng hibrida," ujare Barfuss.Dheweke lan Garthaus makarya ana meh 10 taun ing sawetara pembangunan, kalebu pultrusion TPC terus-terusan lan macem-macem jinis gabung.Karya kasebut pungkasane disaring dadi teknologi proses TPC sing saiki.
"Kita banjur nglamar program EXIST Jerman, sing ngarahake nransfer teknologi kasebut menyang industri lan mbiayai proyek 40-60 saben taun ing macem-macem lapangan riset," ujare Barfuss."Kita nampa pendanaan kanggo peralatan modal, papat karyawan lan investasi kanggo langkah sabanjure skala."Dheweke nggawe pahlawan ing Mei 2018 sawise pameran ing JEC World.
Miturut JEC World 2019, herone wis ngasilake macem-macem bagean demonstrasi, kalebu poros penggerak gear sing entheng, torsi dhuwur, terintegrasi, utawa poros gir."We nggunakake serat karbon / PAEK tape organoTube braided ing ngarepke dibutuhake dening bagean lan consolidate sing menyang tabung," Barfuss nerangake."We banjur preheat tabung ing 200 ° C lan overmold karo pindah digawe dening nyuntikaken short karbon serat-dikiataken PEEK ing 380 ° C."Overmolding dimodelake nggunakake Moldflow Insight saka Autodesk (San Rafael, Calif., US).Wektu ngisi cetakan dioptimalake nganti 40,5 detik lan digayuh nggunakake mesin cetak injeksi ALLROUNDER Arburg (Lossburg, Jerman).
Overmolding iki ora mung nyuda biaya perakitan, langkah manufaktur lan logistik, nanging uga nambah kinerja.Bedane 40 ° C antarane suhu leleh poros PAEK lan gear PEEK sing overmolded mbisakake ikatan leleh kohesif antarane loro ing tingkat molekuler.Jinis liya saka mekanisme gabung, wangun-locking, wis ngrambah kanthi nggunakake meksa injeksi kanggo bebarengan thermoform poros sak overmolding kanggo nggawe kontur wangun-locking.Iki bisa dideleng ing Fig. 1 ing ngisor iki minangka "injeksi-mbentuk".Iku nggawe circumference corrugated utawa sinusoidal ngendi pindah wis digabung karo salib-bagean bunder Gamelan, kang asil ing wangun ngunci geometrically.Iki luwih nambah kekuatan gearshaft terpadu, minangka tontonan ing testing (ndeleng grafik ing sisih tengen ngisor).1. Dikembangake kanthi kolaborasi karo Victrex lan ILK, herone nggunakake tekanan injeksi sajrone overmolding kanggo nggawe kontur ngunci wangun ing poros gigi terpadu (ndhuwur). nyonggo torsi sing luwih dhuwur vs. gear-driveshaft overmolded tanpa wangun-locking (kurva ireng ing grafik).
"Akeh wong sing entuk ikatan leleh sing kohesif sajrone overmolding," ujare Garthaus, "lan liya-liyane nggunakake penguncian formulir ing komposit, nanging kuncine yaiku nggabungake loro kasebut dadi siji, proses otomatis."Dheweke nerangake yen kanggo asil test ing Fig. 1, loro poros lan circumference lengkap pindah padha clamped dhewe, banjur diputer kanggo ngindhuksi loading nyukur.Gagal pisanan ing grafik ditandhani dening bunder kanggo nunjukaké iku kanggo peralatan PEEK overmolded tanpa wangun-ngunci.Gagal kapindho ditandhani dening bunder crimped resembling lintang, nuduhake testing saka pindah overmolded karo wangun-locking."Ing kasus iki, sampeyan duwe gabungan sing kohesif lan dikunci," ujare Garthaus, "lan sampeyan entuk meh 44% nambah beban torsi."Tantangan saiki, ujare, yaiku ngunci formulir kanggo njupuk beban ing tahap awal kanggo nambah torsi gearshaft iki sadurunge gagal.
Titik penting babagan penguncian bentuk kontur sing digayuh dening herone kanthi injeksi yaiku cocog karo bagean individu lan beban bagean kasebut kudu tahan.Contone, ing gearshaft, wangun-locking circumferential, nanging ing struts tension-komprèsi ngisor, iku aksial."Iki sebabe apa sing wis dikembangake minangka pendekatan sing luwih jembar," ujare Garthaus."Carane nggabungake fungsi lan bagean gumantung saka aplikasi individu, nanging luwih akeh kita bisa nindakake iki, luwih akeh bobot lan biaya sing bisa kita irit."
Uga, keton sing dikuatake serat cendhak sing digunakake ing unsur fungsional sing overmolded kaya gear nyedhiyakake permukaan nyandhang sing apik.Victrex wis mbuktekake iki lan nyatane, pasar kasunyatan iki kanggo bahan PEEK lan PAEK.
Barfuss nedahake manawa gearshaft terintegrasi, sing diakoni kanthi Penghargaan Inovasi Dunia JEC 2019 ing kategori aeroangkasa, minangka "demonstrasi pendekatan kita, ora mung proses sing fokus ing aplikasi siji.Kita pengin njelajah sepira kita bisa nyepetake manufaktur lan ngeksploitasi sifat TPC kanggo ngasilake struktur terintegrasi sing fungsional.Perusahaan saiki ngoptimalake rod tension-compression, digunakake ing aplikasi kaya struts.
Fig. 3 Struts tension-komprèsiInjection-mbentuk wis lengkap kanggo struts, ngendi herone overmolds unsur transfer mbukak logam menyang struktur part nggunakake sumbu wangun-ngunci kanggo nambah kekuatan gabung.
Unsur fungsional kanggo struts tension-compression yaiku bagean antarmuka metalik sing nransfer beban menyang lan saka garpu logam menyang tabung komposit (ndeleng ilustrasi ing ngisor iki).Pembentukan injeksi digunakake kanggo nggabungake unsur introduksi beban metalik menyang awak strut komposit.
"Kauntungan utama sing diwenehake yaiku nyuda jumlah bagean," ujare."Iki nyederhanakake kesel, sing dadi tantangan gedhe kanggo aplikasi strut pesawat.Formulir-locking wis digunakake ing komposit termoset kanthi sisipan plastik utawa logam, nanging ora ana ikatan sing kohesif, supaya sampeyan bisa entuk gerakan tipis ing antarane bagean kasebut.Nanging, pendekatan kita nyedhiyakake struktur kesatuan tanpa gerakan kasebut.
Garthaus nyebutake toleransi karusakan minangka tantangan liyane kanggo bagean kasebut."Sampeyan kudu ngetrapake struts banjur nindakake tes lemes," ujare."Amarga kita nggunakake bahan matriks termoplastik kanthi kinerja dhuwur, kita bisa entuk toleransi karusakan 40% luwih dhuwur tinimbang thermoset, lan uga microcracks saka impact saya kurang kanthi loading kesel."
Sanajan struts demonstrasi nuduhake sisipan logam, herone saiki ngembangake solusi termoplastik kabeh, mbisakake ikatan kohesif antarane awak strut komposit lan unsur introduksi beban."Yen kita bisa, kita luwih seneng tetep kabeh komposit lan nyetel sifat kanthi ngganti jinis tulangan serat, kalebu karbon, kaca, serat sing terus-terusan lan cendhak," ujare Garthaus."Kanthi cara iki, kita nyilikake kerumitan lan masalah antarmuka.Contone, kita duwe masalah sing luwih sithik dibandhingake karo nggabungake termoset lan termoplastik.Kajaba iku, ikatan antarane PAEK lan PEEK wis diuji dening Tri-Mack kanthi asil nuduhake yen nduweni 85% kekuatan saka laminasi CF / PAEK unidirectional basa lan kaping pindho luwih kuat tinimbang ikatan adesif nggunakake adesif film epoksi standar industri.
Barfuss ujar manawa herone saiki duwe sangang karyawan lan transisi saka pemasok pangembangan teknologi dadi pemasok komponen penerbangan.Langkah gedhe sabanjure yaiku pangembangan pabrik anyar ing Dresden."Ing pungkasan taun 2020, kita bakal duwe pabrik pilot sing ngasilake bagean seri pertama," ujare."Kita wis nggarap OEM penerbangan lan pemasok Tier 1 utama, nuduhake desain kanggo macem-macem jinis aplikasi."
Perusahaan iki uga nggarap pemasok eVTOL lan macem-macem kolaborator ing AS Minangka herone diwasa aplikasi penerbangan, uga entuk pengalaman manufaktur karo aplikasi barang olahraga kalebu kelelawar lan komponen sepeda."Teknologi kita bisa ngasilake macem-macem bagean kompleks kanthi kinerja, wektu siklus lan keuntungan biaya," ujare Garthaus."Wektu siklus kita nggunakake PEEK yaiku 20 menit, tinimbang 240 menit nggunakake prepreg sing diobati kanthi autoklaf.Kita ndeleng kesempatan sing akeh, nanging saiki, fokus kita yaiku njupuk aplikasi pisanan menyang produksi lan nuduhake nilai bagean kasebut menyang pasar.
Herone uga bakal nampilake ing Carbon Fiber 2019. Sinau luwih lengkap babagan acara kasebut ing carbonfiberevent.com.
Fokus ing ngoptimalake layup tangan tradisional, nacelle lan tikaman reverser manufaktur matak mripat ing mangsa nggunakake automation lan nutup ngecor.
Sistem senjata pesawat entuk kinerja karbon / epoksi sing dhuwur kanthi efisiensi cetakan kompresi.
Cara kanggo ngitung komposit impact ing lingkungan mbisakake mbandhingake data-mimpin kanggo bahan tradisional ing lapangan tingkat playing.
Wektu kirim: Aug-19-2019