Li tgħaqqad it-tejp immaljat, l-overmolding u l-qfil tal-forma, herone jipproduċi gear-driveshaft b'biċċa waħda u b'torque għoli bħala dimostratur għal firxa wiesgħa ta 'applikazzjonijiet.
Gear-driveshaft kompost unitized.Herone juża tejps tal-prepreg komposti termoplastiku mmaljati bħala preformi għal proċess li jikkonsolida l-pellikola driveshaft u overmolds elementi funzjonali bħal gerijiet, li jipproduċu strutturi unitized li jnaqqsu l-piż, l-għadd tal-partijiet, il-ħin tal-assemblaġġ u l-ispiża.Sors għall-immaġini kollha |herone
Il-projezzjonijiet attwali jitolbu li l-flotta tal-inġenji tal-ajru kummerċjali tirdoppja matul l-20 sena li ġejjin.Biex takkomoda dan, ir-rati ta 'produzzjoni fl-2019 għal jetliners widebody intensivi f'komposti jvarjaw minn 10 sa 14 fix-xahar għal kull OEM, filwaqt li narrowbodies diġà żdiedu għal 60 kull xahar għal kull OEM.L-Airbus speċifikament qed taħdem ma' fornituri biex taqleb partijiet prepreg tal-layup tal-idejn tradizzjonali iżda li jieħdu ħafna ħin fuq l-A320 għal partijiet magħmulin permezz ta' proċessi ta' ħin taċ-ċiklu aktar mgħaġġla ta' 20 minuta bħall-iffurmar ta' trasferiment tar-reżina bi pressjoni għolja (HP-RTM), u b'hekk tgħin parti. il-fornituri jilħqu spinta ulterjuri lejn 100 ajruplan kull xahar.Sadanittant, is-suq emerġenti tal-mobilità tal-ajru u tat-trasport urban qed ibassar ħtieġa għal 3,000 ajruplan tat-tluq u l-inżul vertikali elettriku (EVTOL) kull sena (250 kull xahar).
"L-industrija teħtieġ teknoloġiji ta 'produzzjoni awtomatizzati b'ħinijiet ta' ċiklu mqassra li jippermettu wkoll l-integrazzjoni tal-funzjonijiet, li huma offruti minn komposti termoplastiku," jgħid Daniel Barfuss, ko-fundatur u sieħeb maniġerjali ta 'herone (Dresden, il-Ġermanja), teknoloġija komposti u manifattura ta' partijiet ditta li tuża materjali ta 'matriċi termoplastika ta' prestazzjoni għolja minn polyphenylenesulfide (PPS) għal polyetheretherketone (PEEK), polyetherketoneketone (PEKK) u polyaryletherketone (PAEK)."L-għan ewlieni tagħna huwa li ngħaqqdu l-prestazzjoni għolja tal-komposti termoplastiku (TPCs) bi spiża aktar baxxa, biex nippermettu partijiet imfassla apposta għal varjetà usa 'ta' applikazzjonijiet ta 'manifattura serjali u applikazzjonijiet ġodda," iżid Dr Christian Garthaus, it-tieni ko-fundatur u ġestjoni ta' herone. sieħeb.
Biex tikseb dan, il-kumpanija żviluppat approċċ ġdid, li jibda b'tejps tal-fibra kontinwi mimlija għal kollox, immaljar dawn it-tejps biex jiffurmaw preforma vojta "organoTube" u tikkonsolida l-organoTubes fi profili b'sezzjonijiet u forom varjabbli.Fi stadju sussegwenti tal-proċess, juża l-weldjabbiltà u t-termoformabilità tat-TPCs biex jintegra elementi funzjonali bħal gerijiet komposti fuq driveshafts, end-fittings fuq pajpijiet, jew elementi ta 'trasferiment tat-tagħbija fi struts ta' tensjoni-kompressjoni.Barfuss iżid li hemm l-għażla li jintuża proċess ta’ molding ibridu — żviluppat mill-fornitur tal-matriċi tal-ketoni Victrex (Cleveleys, Lancashire, UK) u l-fornitur tal-partijiet Tri-Mack (Bristol, RI, US) — li juża tejp PAEK b’temperatura ta’ tidwib aktar baxxa għall-profili. u PEEK għall-overmolding, li jippermetti materjal imdewweb u wieħed madwar il-joint (ara "Overmolding jespandi l-firxa ta 'PEEK f'komposti")."L-adattament tagħna jippermetti wkoll l-illokkjar tal-forma ġeometrika," huwa jżid, "li jipproduċi strutturi integrati li jistgħu jifilħu tagħbijiet saħansitra ogħla."
Il-proċess tal-herone jibda b'tejps termoplastiku rinfurzati bil-fibra tal-karbonju kompletament mimlijin li huma mmaljati f'organoTubes u kkonsolidati."Bdejna naħdmu ma 'dawn l-organoTubes 10 snin ilu, niżviluppaw pajpijiet idrawliċi komposti għall-avjazzjoni," jgħid Garthaus.Jispjega li minħabba li l-ebda żewġ pajpijiet idrawliċi tal-inġenji tal-ajru ma għandhom l-istess ġeometrija, tkun meħtieġa moffa għal kull wieħed, bl-użu tat-teknoloġija eżistenti.“Kellna bżonn pajp li jista’ jiġi pproċessat wara biex tinkiseb il-ġeometrija tal-pajp individwali.Għalhekk, l-idea kienet li jsiru profili komposti kontinwi u mbagħad CNC jgħawġu dawn fil-ġeometriji mixtieqa.”
Fig. 2 Tejps prepreg mmaljati jipprovdu preformi ta 'forma netta msejħa organoTubes għall-proċess tal-iffurmar tal-injezzjoni tal-herone u jippermettu l-produzzjoni ta' diversi forom.
Dan ħsejjes simili għal dak li qed tagħmel Sigma Precision Components (Hinckley, UK) (ara "Irranġa l-magni tal-ajru b'pajpijiet komposti") bl-ilbies tal-magna tal-fibra tal-karbonju/PEEK tiegħu."Qed iħarsu lejn partijiet simili iżda jużaw metodu ta 'konsolidazzjoni differenti," jispjega Garthaus."Bl-approċċ tagħna, naraw potenzjal għal prestazzjoni akbar, bħal porożità ta' inqas minn 2% għal strutturi aerospazjali."
Ph.D. ta' Garthaus.Ix-xogħol tat-teżi fl-ILK esplorat bl-użu ta 'pultrużjoni ta' komposti termoplastiku (TPC) kontinwu biex jipproduċi tubi mmaljati, li rriżulta fi proċess ta 'manifattura kontinwu privattiva għal tubi u profili TPC.Madankollu, għalissa, herone għażel li jaħdem mal-fornituri tal-avjazzjoni u l-klijenti bl-użu ta 'proċess ta' molding mhux kontinwu."Dan jagħtina l-libertà li nagħmlu l-forom varji kollha, inklużi profili mgħawġa u dawk b'sezzjoni trasversali li tvarja, kif ukoll li napplikaw irqajja lokali u drop-offs tal-ħxuna," jispjega.“Qegħdin naħdmu biex nawtomatizzaw il-proċess għall-integrazzjoni tal-irqajja lokali u mbagħad nikkonsolidawhom flimkien mal-profil kompost.Bażikament, dak kollu li tista’ tagħmel b’laminati ċatti u qxur, nistgħu nagħmlu għal tubi u profili.”
Li tagħmel dawn il-profili vojta tat-TPC kienet fil-fatt waħda mill-aktar sfidi diffiċli, jgħid Garthaus.“Ma tistax tuża stamp-forming jew blow-molding b’bużżieqa tas-silikon;għalhekk, kellna niżviluppaw proċess ġdid.”Iżda dan il-proċess jippermetti partijiet ibbażati fuq tubi u xaft ta 'prestazzjoni għolja ħafna u mfassla apposta, jinnota.Ippermetta wkoll l-użu tal-iffurmar ibridu li żviluppa Victrex, fejn il-PAEK b'temperatura ta 'tidwib aktar baxxa huwa overmolded b'PEEK, jikkonsolida l-organosheet u l-iffurmar tal-injezzjoni fi pass wieħed.
Aspett ieħor notevoli tal-użu ta 'preformi ta' tejp immaljat organoTube huwa li jipproduċu ftit skart."Bil-maljar, għandna inqas minn 2% skart, u minħabba li huwa tejp TPC, nistgħu nużaw dan l-ammont żgħir ta 'skart lura fl-overmolding biex inġibu r-rata ta' utilizzazzjoni tal-materjal sa 100%," jenfasizza Garthaus.
Barfuss u Garthaus bdew ix-xogħol ta 'żvilupp tagħhom bħala riċerkaturi fl-Istitut ta' Inġinerija Ħfief u Teknoloġija Polimeri (ILK) fit-TU Dresden."Dan huwa wieħed mill-akbar istituti Ewropej għall-komposti u disinji ħfief ibridi," jinnota Barfuss.Hu u Garthaus ħadmu hemmhekk għal kważi 10 snin fuq għadd ta 'żviluppi, inkluż pultrużjoni kontinwa tat-TPC u tipi differenti ta' tgħaqqid.Dak ix-xogħol eventwalment ġie distillat f'dik li issa hija t-teknoloġija tal-proċess herone TPC.
"Imbagħad applikajna għall-programm Ġermaniż EXIST, li huwa mmirat li jittrasferixxi teknoloġija bħal din lill-industrija u jiffinanzja 40-60 proġett kull sena f'firxa wiesgħa ta 'oqsma ta' riċerka," jgħid Barfuss."Rċevejna finanzjament għal tagħmir kapitali, erba' impjegati u investiment għall-pass li jmiss ta 'scale-up."Huma ffurmaw herone f'Mejju 2018 wara li esebixxew f'JEC World.
Sa JEC World 2019, herone kien ipproduċa firxa ta 'partijiet ta' dimostrazzjoni, inkluż driveshaft tal-gerijiet integrat, ħafif, ta 'torque għoli, jew gearshaft."Aħna nużaw organoTube ta 'fibra tal-karbonju/PAEK mmaljati fl-angoli meħtieġa mill-parti u nikkonsolidaw dak f'tubu," jispjega Barfuss."Imbagħad saħħan minn qabel it-tubu f'200 °C u ssawwar żżejjed b'tagħmir magħmul billi tinjetta PEEK qasir rinfurzat b'fibra tal-karbonju f'380 °C."L-overmolding ġie mmudellat bl-użu ta 'Moldflow Insight minn Autodesk (San Rafael, Calif., US).Il-ħin tal-mili tal-moffa ġie ottimizzat għal 40.5 sekondi u miksub bl-użu ta 'magna tal-iffurmar tal-injezzjoni ALLROUNDER ta' Arburg (Lossburg, il-Ġermanja).
Dan l-overmolding mhux biss inaqqas l-ispejjeż tal-assemblaġġ, il-passi tal-manifattura u l-loġistika, iżda jtejjeb ukoll il-prestazzjoni.Id-differenza ta '40 ° C bejn it-temperatura tat-tidwib tax-xaft PAEK u dik tal-ger PEEK iffurmat iżżejjed tippermetti t-twaħħil koeżiv tat-tidwib bejn it-tnejn fil-livell molekulari.It-tieni tip ta 'mekkaniżmu li jingħaqad, li jsakkar il-forma, jinkiseb billi tuża l-pressjoni tal-injezzjoni biex simultanjament it-termoforma tax-xaft waqt l-overmolding biex toħloq kontorn li jsakkar il-forma.Dan jista 'jidher fil-Fig. 1 hawn taħt bħala "injection-forming".Joħloq ċirkonferenza korrugata jew sinusojdali fejn l-irkaptu huwa magħqud kontra sezzjoni trasversali ċirkolari lixxa, li tirriżulta f'forma ta 'qfil ġeometrikament.Dan ikompli jsaħħaħ is-saħħa tax-xaft tal-ger integrat, kif muri fl-ittestjar (ara l-graff fil-lemin t'isfel).Fig.1. Żviluppat b'kollaborazzjoni ma 'Victrex u ILK, herone juża pressjoni ta' injezzjoni waqt l-overmolding biex joħloq kontorn li jsakkar il-forma fix-xaft tal-ger integrat (fuq). isostnu torque ogħla vs. ger-driveshaft overmolded mingħajr forma-locking (kurva sewda fuq graff).
"Ħafna nies qed jiksbu twaħħil koeżiv tat-tidwib waqt l-iffurmar żejjed," jgħid Garthaus, "u oħrajn qed jużaw l-illokkjar tal-forma f'kompożiti, iżda ċ-ċavetta hija li tgħaqqad it-tnejn fi proċess wieħed u awtomatizzat."Huwa jispjega li għar-riżultati tat-test f'Fig. 1, kemm ix-xaft kif ukoll iċ-ċirkonferenza sħiħa tal-irkaptu ġew ikklampjati separatament, imbagħad imdawwar biex jinduċu tagħbija ta 'shear.L-ewwel falliment fuq il-graff huwa mmarkat b'ċirku biex jindika li huwa għal tagħmir PEEK iffurmat iżżejjed mingħajr qfil tal-forma.It-tieni falliment huwa mmarkat minn ċirku irbattut li jixbaħ stilla, li jindika ttestjar ta 'tagħmir iffurmat iżżejjed b'qfil tal-forma."F'dan il-każ, għandek kemm joint koeżiv kif ukoll maqful bil-forma," jgħid Garthaus, "u tikseb żieda ta' kważi 44% fit-tagħbija tat-torque."L-isfida issa, huwa jgħid, hija li l-qfil tal-forma jieħu tagħbija fi stadju aktar bikri biex ikompli jżid it-torque li dan ix-xaft tal-gerijiet se jimmaniġġja qabel il-falliment.
Punt importanti dwar il-qfil tal-forma tal-kontorn li l-herone jikseb bl-iffurmar tal-injezzjoni tiegħu huwa li huwa kompletament imfassal għall-parti individwali u t-tagħbija li dik il-parti trid tiflaħ.Pereżempju, fix-xaft tal-gerijiet, l-illokkjar tal-forma huwa ċirkonferenzjali, iżda fit-tensjoni-kompressjoni struts hawn taħt, huwa axjali."Dan għaliex dak li żviluppajna huwa approċċ usa '," jgħid Garthaus."Kif nintegraw il-funzjonijiet u l-partijiet jiddependi fuq l-applikazzjoni individwali, iżda aktar ma nistgħu nagħmlu dan, aktar piż u spiża nistgħu niffrankaw."
Ukoll, il-keton rinfurzat b'fibra qasira użat f'elementi funzjonali overmolded bħal gerijiet jipprovdi uċuħ ta 'xedd eċċellenti.Victrex ippruvat dan u fil-fatt, tikkummerċjalizza dan il-fatt għall-materjali PEEK u PAEK tagħha.
Barfuss jindika li l-gearshaft integrat, li ġie rikonoxxut bi JEC World Innovation Award 2019 fil-kategorija aerospazjali, huwa "dimostrazzjoni tal-approċċ tagħna, mhux biss proċess iffukat fuq applikazzjoni waħda.Ridna nesploraw kemm nistgħu nissimplifikaw il-manifattura u nisfruttaw il-proprjetajiet tat-TPCs biex nipproduċu strutturi funzjonali u integrati.”Il-kumpanija bħalissa qed tottimizza vireg tat-tensjoni-kompressjoni, użati f'applikazzjonijiet bħal struts.
Fig. 3 Tension-compression strutsInjection-forming huwa estiż għal struts, fejn herone overmolds element ta 'trasferiment tat-tagħbija tal-metall fl-istruttura tal-parti bl-użu ta' qfil tal-forma assjali biex iżid is-saħħa tal-għaqda.
L-element funzjonali għall-istruts tat-tensjoni-kompressjoni huwa parti tal-interface metallika li tittrasferixxi tagħbijiet lejn u mill-furketta tal-metall għat-tubu kompost (ara l-illustrazzjoni hawn taħt).L-iffurmar tal-injezzjoni jintuża biex jintegra l-element tal-introduzzjoni tat-tagħbija metallika fil-korp tal-istrut kompost.
"Il-benefiċċju ewlieni li nagħtu huwa li nnaqqsu n-numru ta 'partijiet," jinnota.“Dan jissimplifika l-għeja, li hija sfida kbira għall-applikazzjonijiet tal-istrut tal-inġenji tal-ajru.L-illokkjar tal-forma diġà jintuża f'komposti termosett b'insert tal-plastik jew tal-metall, iżda m'hemm l-ebda twaħħil koeżiv, sabiex tkun tista 'tikseb moviment żgħir bejn il-partijiet.L-approċċ tagħna, madankollu, jipprovdi struttura unitizzata mingħajr moviment bħal dan.”
Garthaus jikkwota t-tolleranza għall-ħsara bħala sfida oħra għal dawn il-partijiet."Int trid taffettwa l-istruts u mbagħad tagħmel ittestjar tal-għeja," jispjega."Minħabba li qed nużaw materjali ta 'matriċi termoplastiku ta' prestazzjoni għolja, nistgħu nilħqu tolleranza ta 'ħsara sa 40% ogħla meta mqabbla ma' thermosets, u wkoll kwalunkwe mikroxquq mill-impatt jikber inqas bit-tagħbija tal-għeja."
Anki jekk struts ta 'dimostrazzjoni juru inserzjoni tal-metall, herone bħalissa qed tiżviluppa soluzzjoni termoplastika kollha, li tippermetti twaħħil koeżiv bejn il-korp ta' l-istrut kompost u l-element ta 'introduzzjoni tat-tagħbija."Meta nistgħu, nippreferu li nibqgħu komposti kollha u naġġustaw il-proprjetajiet billi nbiddlu t-tip ta 'rinforz tal-fibra, inkluż karbonju, ħġieġ, fibra kontinwa u qasira," tgħid Garthaus.“B’dan il-mod, innaqqsu l-kumplessità u l-kwistjonijiet tal-interface.Pereżempju, għandna ħafna inqas problemi meta mqabbla mal-kombinazzjoni ta’ thermosets u termoplastiċi.”Barra minn hekk, ir-rabta bejn PAEK u PEEK ġiet ittestjata minn Tri-Mack b'riżultati li juru li għandha 85% tas-saħħa ta 'laminat CF/PAEK unidirezzjonali bażi u hija darbtejn b'saħħitha daqs bonds adeżivi bl-użu ta' kolla tal-film epoxy standard tal-industrija.
Barfuss jgħid li Herone issa għandha disa 'impjegati u qed tagħmel tranżizzjoni minn fornitur tal-iżvilupp tat-teknoloġija għal fornitur ta' partijiet tal-avjazzjoni.Il-pass kbir li jmiss tiegħu huwa l-iżvilupp ta 'fabbrika ġdida fi Dresden."Sal-aħħar tal-2020 se jkollna impjant pilota li jipproduċi partijiet tal-ewwel serje," jgħid."Diġà qed naħdmu ma' OEMs tal-avjazzjoni u fornituri ewlenin tal-Livell 1, li nuru disinji għal ħafna tipi differenti ta' applikazzjonijiet."
Il-kumpanija qed taħdem ukoll ma 'fornituri eVTOL u varjetà ta' kollaboraturi fl-Istati Uniti Hekk kif herone timmatura applikazzjonijiet tal-avjazzjoni, qed tikseb ukoll esperjenza ta 'manifattura b'applikazzjonijiet ta' oġġetti sportivi inklużi friefet il-lejl u komponenti tar-roti."It-teknoloġija tagħna tista 'tipproduċi firxa wiesgħa ta' partijiet kumplessi b'rendiment, ħin taċ-ċiklu u benefiċċji tal-ispiża," jgħid Garthaus."Il-ħin taċ-ċiklu tagħna bl-użu tal-PEEK huwa ta '20 minuta, kontra 240 minuta bl-użu ta' prepreg imqadded bl-awtoklavi.Naraw qasam wiesa’ ta’ opportunitajiet, iżda għalissa, il-fokus tagħna huwa li l-ewwel applikazzjonijiet tagħna jidħlu fil-produzzjoni u li nuru l-valur ta’ tali partijiet fis-suq.”
Herone se jkun qed jippreżenta wkoll fil-Carbon Fiber 2019. Tgħallem aktar dwar l-avveniment fuq carbonfiberevent.com.
Iffukat fuq l-ottimizzazzjoni tal-layup tal-idejn tradizzjonali, il-manifatturi ta 'nacelle u thrust reverser tefgħu għajnejhom fuq l-użu futur tal-awtomazzjoni u l-iffurmar magħluq.
Is-sistema tal-armi tal-inġenji tal-ajru tikseb il-prestazzjoni għolja tal-karbonju/epoxy bl-effiċjenza tal-iffurmar tal-kompressjoni.
Il-metodi għall-kalkolu tal-impatt li l-komposti għandhom fuq l-ambjent jippermettu paraguni mmexxija mid-dejta ma' materjali tradizzjonali f'kundizzjonijiet ekwi.
Ħin tal-post: Awissu-19-2019