balita

Matagal nang umaasa sa mga thermoset na carbon-fiber na materyales para sa paggawa ng napakalakas na composite structural parts para sa sasakyang panghimpapawid, ang mga aerospace OEM ay tinatanggap na ngayon ang isa pang klase ng carbon-fiber na materyales dahil ang mga pagsulong ng teknolohiya ay nangangako ng awtomatikong paggawa ng mga bagong non-thermoset na bahagi sa mataas na volume, mababang halaga, at mas magaan na timbang.

Habang ang mga thermoplastic na carbon-fiber composite na materyales ay "matagal na," kamakailan lamang ay maaaring isaalang-alang ng mga tagagawa ng aerospace ang kanilang malawakang paggamit sa paggawa ng mga bahagi ng sasakyang panghimpapawid, kabilang ang mga pangunahing bahagi ng istruktura, sabi ni Stephane Dion, vp engineering sa Collins Aerospace's Advanced Structures unit.

Ang mga thermoplastic carbon-fiber composites ay potensyal na nag-aalok ng mga aerospace OEM ng ilang mga pakinabang kumpara sa mga thermoset composite, ngunit hanggang kamakailan ang mga tagagawa ay hindi makagawa ng mga bahagi mula sa mga thermoplastic composite sa mataas na rate at sa mababang halaga, aniya.

Sa nakalipas na limang taon, sinimulan ng mga OEM na tumingin nang higit pa sa paggawa ng mga bahagi mula sa mga thermoset na materyales habang ang estado ng carbon-fiber composite part manufacturing science ay nabuo, unang gumamit ng resin infusion at resin transfer molding (RTM) na mga diskarte upang gumawa ng mga bahagi ng sasakyang panghimpapawid, at pagkatapos upang gumamit ng mga thermoplastic composites.

Ang GKN Aerospace ay namuhunan nang malaki sa pagbuo ng resin-infusion nito at teknolohiya ng RTM para sa paggawa ng malalaking bahagi ng istruktura ng sasakyang panghimpapawid na abot-kaya at sa mataas na halaga. Gumagawa na ngayon ang GKN ng 17-meter-long, single-piece composite wing spar gamit ang resin infusion manufacturing, ayon kay Max Brown, vp ng teknolohiya para sa Horizon 3 advanced-technologies na inisyatiba ng GKN Aerospace.

Ang mga mabibigat na pamumuhunan sa composite-manufacturing ng OEM sa nakalipas na ilang taon ay kasama rin ang paggastos nang madiskarteng sa pagbuo ng mga kakayahan upang payagan ang mataas na dami ng pagmamanupaktura ng mga thermoplastic na bahagi, ayon kay Dion.

Ang pinaka-kapansin-pansing pagkakaiba sa pagitan ng mga thermoset at thermoplastic na materyales ay nakasalalay sa katotohanan na ang mga thermoset na materyales ay dapat itago sa malamig na imbakan bago hubugin sa mga bahagi, at kapag nahugis, ang isang bahagi ng thermoset ay dapat sumailalim sa curing sa loob ng maraming oras sa isang autoclave. Ang mga proseso ay nangangailangan ng maraming enerhiya at oras, kaya ang mga gastos sa produksyon ng mga bahagi ng thermoset ay malamang na manatiling mataas.

Binabago ng curing ang molecular structure ng isang thermoset composite nang hindi maibabalik, na nagbibigay sa bahagi ng lakas nito. Gayunpaman, sa kasalukuyang yugto ng teknolohikal na pag-unlad, ang pagpapagaling ay ginagawa rin ang materyal sa bahagi na hindi angkop para sa muling paggamit sa isang pangunahing bahagi ng istruktura.

Gayunpaman, ang mga thermoplastic na materyales ay hindi nangangailangan ng malamig na imbakan o baking kapag ginawa sa mga bahagi, ayon kay Dion. Maaari silang i-stamp sa huling hugis ng isang simpleng bahagi—bawat bracket para sa mga fuselage frame sa Airbus A350 ay isang thermoplastic composite na bahagi—o sa isang intermediate na yugto ng isang mas kumplikadong bahagi.

Ang mga thermoplastic na materyales ay maaaring i-welded nang magkasama sa iba't ibang paraan, na nagpapahintulot sa mga kumplikado, mataas na hugis na mga bahagi na gawin mula sa mga simpleng sub-structure. Ngayon ang induction welding ay pangunahing ginagamit, na nagpapahintulot lamang sa mga flat, pare-pareho ang kapal na bahagi na gawin mula sa mga sub-part, ayon kay Dion. Gayunpaman, ang Collins ay bumubuo ng mga pamamaraan ng vibration at friction welding para sa pagsali sa mga bahagi ng thermoplastic, na sa sandaling napatunayan na inaasahan nito na sa kalaunan ay pahihintulutan itong makabuo ng "tunay na advanced na kumplikadong mga istraktura," sabi niya.

Ang kakayahang magwelding ng mga thermoplastic na materyales upang makagawa ng mga kumplikadong istruktura ay nagbibigay-daan sa mga tagagawa na alisin ang mga metal na turnilyo, fastener, at bisagra na kinakailangan ng mga bahagi ng thermoset para sa pagdugtong at pagtitiklop, at sa gayon ay lumilikha ng benepisyo sa pagbabawas ng timbang na humigit-kumulang 10 porsiyento, tantiya ni Brown.

Gayunpaman, ang mga thermoplastic composites ay mas mahusay na nagbubuklod sa mga metal kaysa sa mga thermoset composites, ayon kay Brown. Bagama't ang pang-industriya na R&D na naglalayong bumuo ng mga praktikal na aplikasyon para sa thermoplastic na ari-arian na iyon ay nananatiling "sa isang maagang-maturity na antas ng pagiging handa sa teknolohiya," maaari nitong hayaan ang mga inhinyero ng aerospace na magdisenyo ng mga bahagi na naglalaman ng hybrid na thermoplastic-at-metal na pinagsama-samang mga istruktura.

Ang isang potensyal na application ay maaaring, halimbawa, ay isang one-piece, magaan na upuan ng pasahero ng airliner na naglalaman ng lahat ng metal-based na circuitry na kailangan para sa interface na ginagamit ng pasahero upang piliin at kontrolin ang kanyang mga opsyon sa inflight entertainment, seat lighting, overhead fan , electronically controlled seat recline, window shade opacity, at iba pang function.

Hindi tulad ng mga thermoset na materyales, na nangangailangan ng curing upang makagawa ng higpit, lakas, at hugis na kinakailangan mula sa mga bahagi kung saan ginawa ang mga ito, ang mga molecular structure ng thermoplastic composite na materyales ay hindi nagbabago kapag ginawang mga bahagi, ayon kay Dion.

Bilang resulta, ang mga thermoplastic na materyales ay higit na lumalaban sa bali sa epekto kaysa sa mga materyal na thermoset habang nag-aalok ng katulad, kung hindi man mas malakas, ang tibay at lakas ng istruktura. "Para makapagdisenyo ka ng [mga bahagi] sa mas manipis na mga sukat," sabi ni Dion, ibig sabihin ay mas mababa ang timbang ng mga bahaging thermoplastic kaysa sa anumang mga bahagi ng thermoset na pinapalitan nila, kahit na bukod sa mga karagdagang pagbawas sa timbang na nagreresulta mula sa katotohanang ang mga bahaging thermoplastic ay hindi nangangailangan ng mga metal na turnilyo o mga fastener .

Ang pagre-recycle ng mga thermoplastic na bahagi ay dapat ding patunayan ang isang mas simpleng proseso kaysa sa pag-recycle ng mga bahagi ng thermoset. Sa kasalukuyang estado ng teknolohiya (at para sa ilang oras na darating), ang hindi maibabalik na mga pagbabago sa molekular na istraktura na ginawa ng paggamot ng mga thermoset na materyales ay pumipigil sa paggamit ng recycled na materyal upang makagawa ng mga bagong bahagi ng katumbas na lakas.

Ang pag-recycle ng mga bahagi ng thermoset ay kinabibilangan ng paggiling ng mga carbon fiber sa materyal sa maliliit na haba at pagsunog sa pinaghalong fiber-and-resin bago ito muling iproseso. Ang materyal na nakuha para sa reprocessing ay mas mahina sa istruktura kaysa sa thermoset na materyal kung saan ginawa ang recycled na bahagi, kaya ang pagre-recycle ng mga bahagi ng thermoset sa mga bago ay karaniwang ginagawang "isang pangalawang istraktura sa isang tersiyaryo," sabi ni Brown.

Sa kabilang banda, dahil ang mga molekular na istruktura ng mga bahaging thermoplastic ay hindi nagbabago sa mga proseso ng paggawa ng mga bahagi at pagsasama ng mga bahagi, maaari lamang silang matunaw sa anyo ng likido at muling iproseso sa mga bahagi na kasing lakas ng orihinal, ayon kay Dion.

Ang mga taga-disenyo ng sasakyang panghimpapawid ay maaaring pumili mula sa isang malawak na seleksyon ng iba't ibang mga thermoplastic na materyales na magagamit upang pumili mula sa pagdidisenyo at pagmamanupaktura ng mga bahagi. "Isang medyo malawak na hanay ng mga resin" ay magagamit kung saan ang isang-dimensional na carbon fiber filament o dalawang-dimensional na habi ay maaaring i-embed, na gumagawa ng iba't ibang materyal na katangian, sabi ni Dion. "Ang pinaka kapana-panabik na mga resin ay ang mga mababang-natutunaw na resin," na natutunaw sa medyo mababang temperatura at sa gayon ay maaaring hugis at mabuo sa mas mababang temperatura.

Nag-aalok din ang iba't ibang klase ng thermoplastics ng iba't ibang katangian ng stiffness (high, medium, at low) at pangkalahatang kalidad, ayon kay Dion. Ang pinakamataas na kalidad na resin ay may pinakamaraming halaga, at ang affordability ay kumakatawan sa Achilles heel para sa thermoplastics kumpara sa mga thermoset na materyales. Karaniwan, ang mga ito ay nagkakahalaga ng higit sa mga thermoset, at ang mga tagagawa ng sasakyang panghimpapawid ay dapat isaalang-alang ang katotohanang iyon sa kanilang mga kalkulasyon sa disenyo ng gastos/pakinabang, sabi ni Brown.

Bahagyang para sa kadahilanang iyon, ang GKN Aerospace at iba pa ay patuloy na magtutuon ng karamihan sa mga thermoset na materyales kapag gumagawa ng malalaking bahagi ng istruktura para sa sasakyang panghimpapawid. Gumagamit na sila ng mga thermoplastic na materyales nang malawakan sa paggawa ng mas maliliit na bahagi ng istruktura tulad ng mga empennages, rudders, at spoiler. Sa lalong madaling panahon, gayunpaman, kapag ang mataas na dami, murang pagmamanupaktura ng magaan na mga bahaging thermoplastic ay naging routine na, mas malawak na gagamitin ng mga manufacturer ang mga ito—lalo na sa umuusbong na merkado ng eVTOL UAM, pagtatapos ni Dion.

galing sa ainonline