Trenutno postoji mnogo proizvodnih procesa za strukture od kompozitnih materijala, koji se mogu primijeniti u proizvodnji i proizvodnji različitih struktura.Međutim, imajući u vidu efikasnost industrijske proizvodnje i proizvodne troškove vazduhoplovne industrije, posebno civilnih aviona, hitno je poboljšati proces sušenja kako bi se smanjilo vreme i troškovi.Rapid Prototyping je nova proizvodna metoda zasnovana na principima diskretnog i složenog oblikovanja, što je jeftina tehnologija brze izrade prototipa.Uobičajene tehnologije uključuju kompresijsko oblikovanje, tečno oblikovanje i oblikovanje termoplastičnih kompozitnih materijala.
1. Tehnologija brzog izrade prototipa presovanjem kalupa
Tehnologija brze izrade prototipa kalupa je proces koji postavlja prethodno položene prepreg zatvore u kalup za kalupljenje, a nakon što se kalup zatvori, gotovi se zbijaju i učvršćuju zagrijavanjem i pritiskom.Brzina oblikovanja je velika, veličina proizvoda je tačna, a kvalitet oblikovanja je stabilan i ujednačen.U kombinaciji sa tehnologijom automatizacije, može postići masovnu proizvodnju, automatizaciju i jeftinu proizvodnju kompozitnih strukturnih komponenti od karbonskih vlakana u oblasti civilnog vazduhoplovstva.
Koraci oblikovanja:
① Nabavite metalni kalup visoke čvrstoće koji odgovara dimenzijama potrebnih dijelova za proizvodnju, a zatim ugradite kalup u presu i zagrijte ga.
② Preformirajte potrebne kompozitne materijale u oblik kalupa.Predformiranje je ključni korak koji pomaže poboljšanju performansi gotovih dijelova.
③ Umetnite prethodno oblikovane dijelove u zagrijani kalup.Zatim stisnite kalup pod vrlo visokim pritiskom, obično u rasponu od 800 psi do 2000 psi (ovisno o debljini dijela i vrsti materijala koji se koristi).
④ Nakon otpuštanja pritiska, izvadite dio iz kalupa i uklonite sve neravnine.
Prednosti oblikovanja:
Iz raznih razloga, kalupljenje je popularna tehnologija.Dio razloga zašto je popularan je zato što koristi napredne kompozitne materijale.U poređenju s metalnim dijelovima, ovi materijali su često jači, lakši i otporniji na koroziju, što rezultira objektima s boljim mehaničkim svojstvima.
Još jedna prednost oblikovanja je njegova sposobnost proizvodnje vrlo složenih dijelova.Iako ova tehnologija ne može u potpunosti postići brzinu proizvodnje plastičnog brizganja, ona pruža više geometrijskih oblika u odnosu na tipične laminirane kompozitne materijale.U poređenju sa brizganjem plastike, takođe omogućava duža vlakna, čineći materijal jačim.Stoga se oblikovanje može smatrati sredinom između brizganja plastike i proizvodnje laminiranih kompozitnih materijala.
1.1 Proces formiranja SMC
SMC je skraćenica za kompozitne materijale koji formiraju lim, odnosno kompozitne materijale koji formiraju lim.Glavne sirovine se sastoje od SMC specijalne pređe, nezasićene smole, aditiva za nisko skupljanje, punila i raznih aditiva.Početkom 1960-ih prvi put se pojavio u Evropi.Oko 1965. Sjedinjene Države i Japan su sukcesivno razvijali ovu tehnologiju.Krajem 1980-ih, Kina je uvela napredne SMC proizvodne linije i procese iz inostranstva.SMC ima prednosti kao što su superiorne električne performanse, otpornost na koroziju, mala težina i jednostavan i fleksibilan inženjerski dizajn.Njegova mehanička svojstva mogu biti uporediva sa određenim metalnim materijalima, pa se široko koristi u industrijama kao što su transport, građevinarstvo, elektronika i elektrotehnika.
1.2 Proces formiranja BMC-a
Godine 1961. lansirana je smjesa za oblikovanje listova od nezasićene smole (SMC) koju je razvio Bayer AG u Njemačkoj.Šezdesetih godina prošlog veka počela je da se promoviše masna masa za kalupljenje (BMC), poznata i kao DMC (smeša za kalupljenje testa) u Evropi, koja nije bila zgušnjavana u svojim ranim fazama (1950-ih);Prema američkoj definiciji, BMC je zadebljani BMC.Nakon prihvatanja evropske tehnologije, Japan je napravio značajna dostignuća u primjeni i razvoju BMC-a, a do 1980-ih godina tehnologija je postala veoma zrela.Do sada je matrica korištena u BMC-u bila nezasićena poliesterska smola.
BMC spada u termoreaktivne plastike.Na osnovu karakteristika materijala, temperatura bačve materijala mašine za brizganje ne bi trebala biti previsoka da bi se olakšao protok materijala.Zbog toga je u procesu brizganja BMC-a kontrola temperature bačve materijala veoma važna, a sistem kontrole mora biti na mestu da bi se obezbedila odgovarajuća temperatura, kako bi se postigla optimalna temperatura od sekcije za hranjenje do mlaznica.
1.3 Policiklopentadienski (PDCPD) kalupljenje
Policiklopentadienski (PDCPD) kalupi su uglavnom čista matrica, a ne ojačana plastika.Princip PDCPD procesa oblikovanja, koji se pojavio 1984. godine, pripada istoj kategoriji kao i poliuretanski (PU) kalup, a prvi su ga razvili Sjedinjene Američke Države i Japan.
Telene, podružnica japanske kompanije Zeon Corporation (sa sjedištem u Bonduesu, Francuska), postigla je veliki uspjeh u istraživanju i razvoju PDCPD-a i njegovih komercijalnih operacija.
Sam proces oblikovanja RIM-a je lakši za automatizaciju i ima niže troškove rada u poređenju sa procesima kao što su FRP prskanje, RTM ili SMC.Trošak kalupa koji koristi PDCPD RIM je mnogo niži nego kod SMC.Na primjer, kalup za haubu motora Kenworth W900L koristi školjku od nikla i liveno aluminijsko jezgro, sa smolom male gustine sa specifičnom težinom od samo 1,03, što ne samo da smanjuje troškove već i težinu.
1.4 Direktno online oblikovanje termoplastičnih kompozitnih materijala ojačanih vlaknima (LFT-D)
Oko 1990. LFT (Long Fiber Reinforced Thermoplastics Direct) predstavljen je na tržištu u Evropi i Americi.CPI Company u Sjedinjenim Državama je prva kompanija na svijetu koja je razvila opremu za livenje termoplasta od kompozita dugim vlaknima i odgovarajuću tehnologiju (LFT-D, Direct In Line Mixing).U komercijalni rad ušao je 1991. godine i globalni je lider u ovoj oblasti.Diffenbarcher, njemačka kompanija, istražuje LFT-D tehnologiju od 1989. Trenutno uglavnom postoje LFT D, Tailored LFT (koji može postići lokalno ojačanje na osnovu strukturalnog naprezanja) i Advanced Surface LFT-D (vidljiva površina, visoka površina kvaliteta) tehnologije.Iz perspektive proizvodne linije, nivo Diffenbarcherove prese je vrlo visok.D-LFT ekstruzioni sistem njemačke kompanije Coperation zauzima vodeću poziciju na međunarodnom nivou.
1.5 Tehnologija proizvodnje livenja bez kalupa (PCM)
PCM (Patternless Casting Manufacturing) je razvijen od strane Laser Rapid Prototyping Centra Univerziteta Tsinghua.Tehnologiju brze izrade prototipa treba primijeniti na tradicionalne procese livenja u pijesku smole.Prvo, nabavite CAD model za livenje iz CAD modela dela.STL datoteka CAD modela za livenje je slojevita kako bi se dobile informacije o profilu poprečnog presjeka, koje se zatim koriste za generiranje kontrolnih informacija.Tokom procesa oblikovanja, prva mlaznica precizno raspršuje ljepilo na svaki sloj pijeska kompjuterskom kontrolom, dok druga mlaznica raspršuje katalizator duž iste putanje.Njih dvoje prolaze kroz reakciju vezivanja, učvršćujući pijesak sloj po sloj i formirajući hrpu.Pijesak u području gdje ljepilo i katalizator djeluju zajedno se učvršćuje, dok pijesak u ostalim područjima ostaje u zrnastom stanju.Nakon stvrdnjavanja jednog sloja, sljedeći sloj se vezuje, a nakon što su svi slojevi vezani, dobija se prostorna cjelina.Originalni pijesak je još uvijek suhi pijesak u područjima gdje se ljepilo ne prska, što olakšava uklanjanje.Čišćenjem nestvrdnutog suhog pijeska u sredini može se dobiti kalup za livenje određene debljine stijenke.Nakon nanošenja ili impregniranja boje na unutrašnju površinu pješčanog kalupa, može se koristiti za izlivanje metala.
Temperaturna tačka očvršćavanja PCM procesa je obično oko 170 ℃.Stvarno hladno polaganje i hladno skidanje koje se koristi u PCM procesu razlikuje se od kalupa.Hladno polaganje i hladno skidanje uključuje postepeno polaganje preprega na kalup u skladu sa zahtjevima strukture proizvoda kada je kalup na hladnom kraju, a zatim zatvaranje kalupa presom za formiranje nakon završetka polaganja kako bi se osigurao određeni pritisak.U ovom trenutku, kalup se zagrijava pomoću stroja za temperaturu kalupa. Uobičajeni proces je podizanje temperature sa sobne temperature na 170 ℃, a brzinu zagrijavanja potrebno je prilagoditi prema različitim proizvodima.Većina ih je napravljena od ove plastike.Kada temperatura kalupa dostigne zadatu temperaturu, vrši se izolacija i očuvanje pritiska kako bi se proizvod očvrsnuo na visokoj temperaturi.Nakon što je očvršćavanje završeno, također je potrebno koristiti mašinu za temperaturu kalupa za hlađenje temperature kalupa na normalnu temperaturu, a brzina zagrijavanja je također podešena na 3-5 ℃/min, zatim nastavite s otvaranjem kalupa i vađenjem dijela.
2. Tehnologija formiranja tečnosti
Tehnologija tečnog oblikovanja (LCM) odnosi se na seriju tehnologija formiranja kompozitnih materijala koje prvo postavljaju predforme suvih vlakana u zatvorenu šupljinu kalupa, a zatim ubrizgavaju tečnu smolu u šupljinu kalupa nakon zatvaranja kalupa.Pod pritiskom, smola teče i natapa vlakna.U poređenju sa procesom formiranja limenki vrućim presovanjem, LCM ima mnoge prednosti, kao što je pogodan za proizvodnju delova sa visokom dimenzionalnom preciznošću i složenim izgledom;Niska cijena proizvodnje i jednostavan rad.
Posebno RTM proces visokog pritiska razvijen poslednjih godina, HP-RTM (High Pressure Resin Transfer Molding), skraćeno HP-RTM proces oblikovanja.Odnosi se na proces oblikovanja koji koristi pritisak pod visokim pritiskom za miješanje i ubrizgavanje smole u vakuumski zapečaćeni kalup prethodno položen materijalima ojačanim vlaknima i prethodno ugrađenim komponentama, a zatim dobivanje proizvoda od kompozitnog materijala kroz punjenje smolom, impregnaciju, očvršćavanje i uklanjanje kalupa. .Smanjenjem vremena ubrizgavanja, očekuje se da će se kontrolisati vreme proizvodnje vazduhoplovnih strukturnih komponenti u roku od nekoliko desetina minuta, postižući visok sadržaj vlakana i proizvodnju delova visokih performansi.
HP-RTM proces oblikovanja je jedan od procesa formiranja kompozitnih materijala koji se široko koristi u više industrija.Njegove prednosti leže u mogućnosti postizanja niske cijene, kratkog ciklusa, masovne proizvodnje i visokokvalitetne proizvodnje (sa dobrim kvalitetom površine) u odnosu na tradicionalne RTM procese.Široko se koristi u raznim industrijama kao što su proizvodnja automobila, brodogradnja, proizvodnja aviona, poljoprivrednih mašina, željezničkog transporta, proizvodnje energije vjetra, sportske opreme itd.
3. Tehnologija formiranja termoplastičnih kompozitnih materijala
Posljednjih godina, termoplastični kompozitni materijali postali su žarište istraživanja u području proizvodnje kompozitnih materijala kako u zemlji tako i u svijetu, zbog svojih prednosti visoke otpornosti na udar, visoke žilavosti, visoke tolerancije na oštećenja i dobre otpornosti na toplinu.Zavarivanje termoplastičnim kompozitnim materijalima može značajno smanjiti broj spojeva zakovica i vijaka u strukturama aviona, značajno poboljšavajući efikasnost proizvodnje i smanjujući troškove proizvodnje.Prema Airframe Collins Aerospaceu, prvoklasnom dobavljaču konstrukcija za avione, termoplastične strukture koje se mogu formirati bez vrućeg prešanja mogu se zavariti za 80% u poređenju sa metalnim i termoreaktivnim kompozitnim komponentama.
Upotreba najprikladnije količine materijala, odabir najekonomičnijeg procesa, upotreba proizvoda u odgovarajućim dijelovima, postizanje unaprijed određenih dizajnerskih ciljeva i postizanje idealnog omjera performansi i cijene proizvoda oduvijek su bili pravac. napora za praktičare kompozitnih materijala.Vjerujem da će se u budućnosti razvijati više procesa oblikovanja kako bi se zadovoljile potrebe dizajna proizvodnje.
Vrijeme objave: 21.11.2023
