Комбинирајќи плетена лента, прекумерно обликување и заклучување на формата, хероне произведува едноделно погонско вратило со брзини со висок вртежен момент како демонстратор за широк опсег на апликации.
Унифицирана композитна погонска осовина за пренос.Хероне користи плетени термопластични композитни ленти за препрегнување како преформи за процес кој го консолидира ламинатот на погонската осовина и ги обложува функционалните елементи како што се запчаниците, создавајќи обединети структури кои ја намалуваат тежината, бројот на делови, времето на склопување и трошоците.Извор за сите слики |херона
Тековните проекции бараат удвојување на флотата на комерцијални авиони во текот на следните 20 години.За да се приспособи ова, стапките на производство во 2019 година за авиони со широко тело интензивни со композити варираат од 10 до 14 месечно по OEM, додека тесните тела веќе се зголемија на 60 месечно по OEM.Ербас конкретно соработува со добавувачите за да ги префрли традиционалните, но интензивни и временски интензивни, рачно поставени делови за подготовка на А320 на делови направени преку побрзи, 20-минутни процеси на циклус, како што е обликување со пренос на смола под висок притисок (HP-RTM), со што се помага делот добавувачите се среќаваат со дополнителен притисок кон 100 авиони месечно.Во меѓувреме, растечкиот пазар за урбана воздушна мобилност и транспорт предвидува потреба од 3.000 електрични вертикални авиони за полетување и слетување (EVTOL) годишно (250 месечно).
„Индустријата бара автоматизирани производствени технологии со скратено време на циклус, кои исто така овозможуваат интегрирање на функциите што ги нудат термопластични композити“, вели Даниел Барфус, ко-основач и управен партнер на Herone (Дрезден, Германија), композитна технологија и производство на делови. фирма која користи термопластични матрични материјали со високи перформанси од полифениленсулфид (PPS) до полиетеретеркетон (PEEK), полиетеркетонекетон (PEKK) и полиарилетеркетон (PAEK).„Нашата главна цел е да ги комбинираме високите перформанси на термопластични композити (TPC) со пониска цена, за да овозможиме приспособени делови за поширок спектар на апликации за сериско производство и нови апликации“, додава д-р Кристијан Гартхаус, вториот ко-основач и раководител на Herone. партнер.
За да го постигне ова, компанијата разви нов пристап, почнувајќи со целосно импрегнирани, континуирани ленти со влакна, плетејќи ги овие ленти за да формираат шуплива преформа „organoTube“ и консолидирајќи ги органоцевките во профили со променливи пресеци и форми.Во последователниот чекор на процесот, тој ја користи заварливоста и термоформабилноста на TPC за да ги интегрира функционалните елементи како што се композитните запчаници на погонските вратила, завршните фитинзи на цевките или елементите за пренос на товарот во потпорите за затегнување-компресија.Барфус додава дека постои опција да се користи процес на хибридно обликување - развиен од снабдувачот со кетонска матрица Victrex (Cleveleys, Ланкашир, ОК) и снабдувачот на делови Tri-Mack (Бристол, РИ, САД) - кој користи лента PAEK со пониска температура на топење за профилите и PEEK за прекумерно калапирање, овозможувајќи споен, единечен материјал преку спојницата (видете „Overmolding го проширува опсегот на PEEK кај композитите“).„Нашата адаптација овозможува и геометриско заклучување на формата“, додава тој, „што произведува интегрирани структури кои можат да издржат уште поголеми оптоварувања“.
Процесот на херона започнува со целосно импрегнирани термопластични ленти засилени со јаглеродни влакна кои се плетени во органоцевки и консолидирани.„Почнавме да работиме со овие органоцевки пред 10 години, развивајќи композитни хидраулични цевки за авијација“, вели Гартхаус.Тој објаснува дека бидејќи нема две хидраулични цевки за авиони кои имаат иста геометрија, за секоја ќе биде потребен калап, користејќи постоечка технологија.„Ни требаше цевка која може да се обработи за да се постигне индивидуалната геометрија на цевките.Така, идејата беше да се направат континуирани композитни профили, а потоа CNC да ги свитка во посакуваните геометрии“.
Сл. 2 Плетените ленти за препрегнување обезбедуваат преформи во форма на мрежа наречени органоцевки за процесот на формирање на инјектирање на херона и овозможуваат производство на различни форми.
Ова звучи слично на она што го прави Sigma Precision Components (Hinckley, Обединетото Кралство) (видете „Поправка на аеромоторите со композитни цевки“) со својата облога на моторот од јаглеродни влакна/PEEK.„Тие гледаат слични делови, но користат различен метод на консолидација“, објаснува Гартхаус.„Со нашиот пристап, гледаме потенцијал за зголемени перформанси, како што е порозноста помала од 2% за воздушните структури“.
д-р Гартхаус.Работата на тезата на ILK истражена со користење на континуирана термопластична композитна (TPC) пултрузија за производство на цевки со плетенка, што резултираше со патентиран континуиран процес на производство за TPC цевки и профили.Сепак, за сега, Хероне избра да работи со добавувачи и клиенти на авијација користејќи дисконтинуиран процес на обликување.„Ова ни дава слобода да ги направиме сите различни форми, вклучително и заоблени профили и оние со различен пресек, како и примена на локални лепенки и отпуштања на нишки“, објаснува тој.„Работиме на автоматизирање на процесот за интегрирање на локални закрпи и потоа нивно ко-консолидирање со композитниот профил.Во основа, сè што можете да направите со рамни ламинати и школки, можеме да направиме за цевки и профили“.
Изработката на овие шупливи TPC профили беше всушност еден од најтешките предизвици, вели Гартхаус.„Не можете да користите обликување печат или дување со силиконски мочен меур;така, моравме да развиеме нов процес“.Но, овој процес овозможува многу високи перформанси и приспособливи делови засновани на цевки и вратило, забележува тој.Овозможено е и користење на хибридното обликување кое го разви Victrex, каде што пониската температура на топење PAEK се прелива со PEEK, консолидирајќи го органскиот лист и обликувањето со инјектирање во еден чекор.
Друг значаен аспект на користење на заготовки со плетена лента organoTube е тоа што тие произведуваат многу малку отпад.„Со плетенка, имаме помалку од 2% отпад, а бидејќи се работи за TPC лента, можеме да ја искористиме оваа мала количина отпад назад во обликувањето за да ја достигнеме стапката на искористеност на материјалот до 100%,“ нагласува Гартхаус.
Барфус и Гартхаус ја започнаа својата развојна работа како истражувачи на Институтот за лесно инженерство и полимерна технологија (ILK) во ТУ Дрезден.„Ова е еден од најголемите европски институти за композити и хибридни лесни дизајни“, забележува Барфус.Тој и Гартхаус работеа таму скоро 10 години на голем број случувања, вклучително и континуирано издигнување на TPC и различни видови на спојување.Таа работа на крајот беше дестилирана во она што сега е херона TPC процесна технологија.
„Потоа аплициравме во германската програма EXIST, која има за цел да ја пренесе таквата технологија во индустријата и финансира 40-60 проекти секоја година во широк опсег на истражувачки полиња“, вели Барфус.„Добивме средства за капитална опрема, четворица вработени и инвестиции за следниот чекор на зголемување.Тие ја формираа хероната во мај 2018 година по изложувањето на JEC World.
До JEC World 2019, хероне произведе низа демонстративни делови, вклучително и лесна, со висок вртежен момент, интегрирана погонска осовина во менувачот или вратило на менувачот.„Ние користиме органоцевка од јаглеродни влакна/лента PAEK плетена под аглите што ги бара делот и ја консолидираме во цевка“, објаснува Барфус.„Потоа ја загреваме цевката на 200°C и ја преливаме со запчаник направен со вбризгување на краток PEEK засилен со јаглеродни влакна на 380°C.Прекумерното обликување беше моделирано со помош на Moldflow Insight од Autodesk (Сан Рафаел, Калифорнија, САД).Времето на полнење на калапот беше оптимизирано на 40,5 секунди и беше постигнато со помош на машина за шприц ALLROUNDER Arburg (Lossburg, Германија).
Ова прекумерно обликување не само што ги намалува трошоците за склопување, чекорите на производство и логистиката, туку ги подобрува и перформансите.Разликата од 40°C помеѓу температурата на топење на вратилото PAEK и онаа на прелипениот запчаник PEEK овозможува кохезивно поврзување со топење помеѓу двете на молекуларно ниво.Вториот тип на механизам за спојување, заклучување на формата, се постигнува со користење на притисокот на вбризгување за истовремено термоформирање на вратилото за време на прекумерното обликување за да се создаде контура за заклучување на формата.Ова може да се види на сл. 1 подолу како „формирање на инјектирање“.Создава брановиден или синусоидален обем каде што запчаникот е споен наспроти мазен кружен пресек, што резултира со геометриски заклучувачка форма.Ова дополнително ја подобрува цврстината на интегрираното вратило на менувачот, како што е прикажано при тестирањето (види графикон долу десно). Сл.1. Развиен во соработка со Victrex и ILK, хероне користи притисок на вбризгување за време на прекумерното обликување за да создаде контура за заклучување на формата во интегрираното вратило на менувачот (горе). одржете поголем вртежен момент наспроти прелипеното погонско вратило на менувачот без заклучување на формата (црна крива на графиконот).
„Многу луѓе постигнуваат кохезивно поврзување со топење за време на прекумерното обликување“, вели Гартхаус, „а други користат заклучување на формата во композитите, но клучот е да се комбинираат и двете во единствен, автоматизиран процес“.Тој објаснува дека за резултатите од тестот на слика 1, и вратилото и целосниот обем на запчаникот биле затегнати посебно, а потоа се ротирале за да предизвикаат оптоварување со смолкнување.Првиот неуспех на графиконот е означен со круг за да покаже дека е за прелиен запчаник PEEK без заклучување на формата.Вториот неуспех е означен со стегнат круг што личи на ѕвезда, што укажува на тестирање на прелиен запчаник со заклучување на формата.„Во овој случај, имате и кохезивен и заклучен спој“, вели Гартхаус, „и добивате речиси 44% зголемување на оптоварувањето на вртежниот момент“.Предизвикот сега, вели тој, е да се натера заклучувањето на формата да го преземе товарот во порана фаза за дополнително да го зголеми вртежниот момент со кој овој менувач ќе се справи пред дефектот.
Важна точка за заклучувањето на контурата што хероне ја постигнува со неговото вбризгување е тоа што е целосно прилагодена на поединечниот дел и оптоварувањето што тој дел мора да го издржи.На пример, во менувачот, заклучувањето на формата е периферно, но кај потпорите за затегнување-компресија подолу, тоа е аксијално.„Затоа она што го развивме е поширок пристап“, вели Гартхаус.„Како ќе ги интегрираме функциите и деловите зависи од индивидуалната апликација, но колку повеќе можеме да го направиме тоа, толку повеќе тежина и трошоци можеме да заштедиме“.
Исто така, кетонот засилен со кратки влакна што се користи во прелиени функционални елементи како запчаниците обезбедува одлични површини за абење.Victrex го докажа тоа и всушност го пласира овој факт за своите материјали PEEK и PAEK.
Барфус посочува дека интегрираното менувачко вратило, кое беше признаено со Светската награда за иновации на JEC во 2019 година во категоријата воздушна, е „демонстрација на нашиот пристап, а не само процес фокусиран на една апликација.Сакавме да истражиме колку можеме да го рационализираме производството и да ги искористиме својствата на TPC за да произведеме функционализирани, интегрирани структури“.Компанијата моментално ги оптимизира шипките за напнатост-компресија, кои се користат во апликации како потпори.
Сл. 3 Потпори за затегнување-компресија Формирањето со вбризгување е проширено на потпорите, каде што херонот го обвиткува металниот елемент за пренос на оптоварување во структурата на делот користејќи аксијално заклучување на формата за да ја зголеми цврстината на спојувањето.
Функционалниот елемент за потпорите за затегнување-компресија е метален меѓусебен дел кој пренесува товари до и од металната вилушка до композитната цевка (видете ја илустрацијата подолу).Формирањето со инјектирање се користи за интегрирање на елементот за внесување метален товар во композитното тело на потпората.
„Главната придобивка што ја даваме е да го намалиме бројот на делови“, забележува тој.„Ова го поедноставува заморот, што е голем предизвик за апликациите на авионските потпори.Заклучувањето на формата веќе се користи во термореактивните композити со пластична или метална влошка, но нема кохезивно поврзување, така што може да добиете мало движење помеѓу деловите.Нашиот пристап, сепак, обезбедува обединета структура без такво движење“.
Гартхаус ја наведува толеранцијата на штета како уште еден предизвик за овие делови.„Треба да влијаете на потпорите и потоа да направите тестирање за замор“, објаснува тој.„Бидејќи користиме материјали од термопластични матрици со високи перформанси, можеме да постигнеме дури 40% поголема толеранција на оштетување наспроти терморегулаторите, а исто така и сите микропукнатини од ударот растат помалку со оптоварување со замор“.
Иако демонстративните потпори покажуваат метална влошка, хероне во моментов развива целосно термопластично решение, што овозможува кохезивно поврзување помеѓу композитното тело на потпората и елементот за внесување товар.„Кога можеме, претпочитаме да останеме целосно композитни и да ги приспособиме својствата со менување на типот на зајакнување на влакната, вклучувајќи јаглерод, стакло, континуирани и кратки влакна“, вели Гартхаус.„На овој начин, ја минимизираме сложеноста и проблемите со интерфејсот.На пример, имаме многу помалку проблеми во споредба со комбинирањето на терморегулаторите и термопластиките“.Дополнително, врската помеѓу PAEK и PEEK е тестирана од Tri-Mack со резултати кои покажуваат дека има 85% од јачината на основен еднонасочен CF/PAEK ламинат и е двојно поцврста од лепливите врски со користење на индустриски стандардно лепило за епоксидна фолија.
Барфус вели дека Хероне сега има девет вработени и преминува од добавувач за развој на технологија во добавувач на делови за авијација.Нејзиниот следен голем чекор е развојот на нова фабрика во Дрезден.„До крајот на 2020 година ќе имаме пилот фабрика која ќе произведува делови од првата серија“, вели тој.„Веќе работиме со воздухопловни OEM и клучни добавувачи од Ниво 1, демонстрирајќи дизајни за многу различни типови на апликации.
Компанијата, исто така, работи со добавувачи на eVTOL и различни соработници во САД Како што хероне созрева апликации за авијација, таа исто така стекнува искуство во производството со апликации за спортски производи, вклучувајќи лилјаци и компоненти за велосипеди.„Нашата технологија може да произведе широк спектар на сложени делови со перформанси, времетраење на циклусот и придобивки од трошоците“, вели Гартхаус.„Нашето време на циклус со користење на PEEK е 20 минути, наспроти 240 минути со употреба на препрег, стврднат во автоклав.Гледаме широко поле на можности, но засега, нашиот фокус е да ги внесеме нашите први апликации во производство и да ја покажеме вредноста на таквите делови на пазарот“.
Хероне ќе се претстави и на Carbon Fiber 2019. Дознајте повеќе за настанот на carbonfiberevent.com.
Фокусирани на оптимизирање на традиционалното поставување на раката, производителите на вратоврска и потисна реверзија фрлаат внимание на идната употреба на автоматизација и затворено обликување.
Авионскиот систем за оружје добива високи перформанси на јаглерод/епоксид со ефикасноста на обликувањето со компресија.
Методите за пресметување на влијанието на композитите врз животната средина овозможуваат споредби засновани на податоци со традиционалните материјали на рамноправно поле за играње.
Време на објавување: 19.08.2019